Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu


Kvantová levitace? Nic není nemožné, tvrdí američtí fyzici

aktualizováno 
Trojici vědců z USA se podařilo obrátit směr působení tajemné Casimirovy síly, čímž nade vší pochybnost prokázali, že její účinky jsou nejen přitažlivé, ale i odpudivé. To mimo jiné znamená, že v návrzích nanotechnologických zařízení lze počítat s tzv. kvantovou levitací.

kvantova levitace

Dosud byla levitace (vznášení hmotných těles) spíše záležitostí bájí a pohádek či kouzelnických triků než seriózního vědeckého výzkumu, přesto ji fyzikální zákony nevylučují. Způsobů, jak překonat gravitaci, se nabízí několik, nejčastěji se k podobným účelům využívají silná magnetická pole.

Levitace se nemusí týkat jen neživých objektů, jak ukazuje případ z roku 2000, kdy se vědcům podařilo vznést do vzduchu pomocí magnetického polštáře živou žábu. Uvedený pokus měl tehdy značnou publicitu a úspěšným experimentátorům vynesl žertovné ocenění -  cenu Ig Nobel.

Ovšem s levitací se můžeme setkat i v kvantovém světě, tedy těch nejmenších fyzikálních struktur, atomů a molekul, jak nyní prokázala studie vedená profesorem Federicem Capassem z Harvardovy univerzity.

Jeho tým jako první na světě podal definitivní důkaz, že nezvyklý kvantový úkaz, kterému fyzici říkají Casimirův jev, se může projevovat i odpudivým způsobem, o čemž se až do zveřejnění objevu spíš jen spekulovalo.

Casimirův efekt

Jev předpověděl v roce 1948 nizozemský fyzik Hendrik Casimir (1909 – 2000). Zjistil, že pokud se dvě rovnoběžné a nenabité desky přiblíží na dostatečně malou vzdálenost, začnou se přitahovat do té doby neznámou silou.

Podstatu Casimirova jevu lze vysvětlit poměrně jednoduše. Jak mezi deskami, tak v okolním prostředí totiž dochází k neustálým fluktuacím vakuového pole, tj. ke vzniku virtuálních párů částic a antičástic.

V prostoru mezi deskami se jich ale rodí méně, neboť virtuální částice zde mohou mít jen určité vlnové délky, a sice takové, aby vzdálenost mezi deskami byla jejich celočíselným násobkem. Protože pro částice v okolí žádné takové omezení neplatí, je jich nutně více, což se nakonec projeví silou, která tlačí desky k sobě.

Casimirův jev byl v minulosti několikrát ověřen, ovšem uplatňuje se pouze při velmi nepatrných vzdálenostech, menších než 100 nanometrů. "Pokud jsou oba povrchy ze stejného materiálu, například ze zlata, odděleny vakuem, vzduchem nebo kapalinou, výsledná síla je vždy přitažlivá,“ tvrdí Capasso.

Nechtěné tření

Přitažlivá Casimirova síla byla změřena s velkou přesností a inženýři s ní při navrhování nových nanopřístrojů skutečně počítají. Ovšem její přitažlivé účinky návrhářům působí spíše problémy, protože díky nim dochází k nepříjemné přilnavosti nanosoučástek.

V některých případech to může dojít až tak daleko, že se součástky k sobě přilepí a nelze je od sebe odtrhnout. Přitažlivé Casimirovy síly tak díky nežádoucímu tření limitují miniaturizaci tzv. mikro-elektro-mechanických systémů (MEMS), které mají rozsáhlé možnosti použití, například se jimi pohánějí airbagy v automobilech.

Odpudivé kvantové síly

V roce 1956 Jevgenij Lifšic na základě studia vakuových fluktuací v reálných materiálech a tekutinách naznačil, že Casimirova síla by mohla být i odpudivá. Od té doby se vědci mnohokrát pokoušeli změnit směr jejího působení, nikomu se to však nepodařilo.

Až do té doby, než Capasso publikoval svůj objev. Nanotechnologům tak konečně svitla jiskra naděje. V lednovém vydání časopisu Nature Capasso a další členové jeho výzkumného týmu popisují, jak letitý oříšek dokázali jednou pro vždy rozlousknout.

Vědci měřili velikost a směr síly působící mezi dvěma tenkými plátky ponořenými do brombenzenu. Místo kovu (zlata) na jednom z povrchů ale použili křemík, přesněji oxid křemičitý, čímž dosáhli kýženého efektu. Původně přitažlivá síla se opravdu změnila v odpudivou.

"Odpudivé Casimirovy síly jsou předmětem velkého zájmu, neboť mohou být využity u ultracitlivých senzorů na měření sil a kroutících momentů k levitaci objektů ponořených do kapaliny a vznášejících se v nanometrických vzdálenostech nad povrchem,“ říká Capasso a pokračuje: "Tyto objekty se mohou vůči sobě volně otáčet či posouvat, s minimálním statickým třením, protože jejich povrchy nikdy nepřijdou do přímého kontaktu.“

Kvantová levitace a její aplikace

Mezi rozličnými způsoby aplikace nového objevu autoři studie především zdůrazňují možnosti, které nabízí kvantová levitace. Očekávají, že její projevy by se mohly uplatnit v situacích, kdy bude požadováno ultranízké tření mezi jednotlivými díly mikro- a nanozařízení. V této souvislosti očekávají též vývoj nových typů miniaturních kompasů, rychloměrů a gyroskopů.

Zdroje: harvardscience.harvard.edu 

Autor:


Nejčtenější

„Tak mě zastřel!“ vykřikl ruský voják a zavraždil šestnáctiletého kluka

Vražedná zbraň. Touto pistolí Stečkin APS zastřelil opilý ruský voják Rudněv v...

„Teď v Československu platí sovětské zákony,“ řekl ruský generál vyšetřovatel Veřejné bezpečnosti, když pátrali po...

Zabil je výbuch ruského tanku v centru Prahy. KSČ ničila životy pozůstalým

Tanky typové řady T-54/55, ten blíž k fotografovi evidentně neschopný pohybu,...

Zatímco na pražské Vinohradské třídě hořel a vybuchoval tank, zmatení ruští vojáci na Václavském náměstí zahájili palbu...



Horký nápoj vás ve vedru ochladí lépe, zjistili vědci. Ale má to háček

Horký nápoj v horkém létě?

Biologie lidského těla někdy funguje přesně naopak, než by člověk čekal. Příkladem je pití horkých nápojů v létě. Zní...

Připravte se na pád cen SSD disků. Mohou zlevnit na třetinu

SSD disky jsou stále levnější

Podle firmy Objective Analysis je na trhu tak velký převis nabídky NAND pamětí, které slouží k výrobě SSD disků, že...

Sulfan jako lék? V lidských buňkách možná pomáhá zvrátit stárnutí

Klíč k procesu stárnutí tkví v DNA.

Tým vědců zkoumající jednu z příčin stárnutí oznámil úspěch, a to přímo na lidských buňkách v laboratorních podmínkách....

Další z rubriky

Novinka od Nvidie vyčistí z fotek šum i zrno. Perfektně a bleskurychle

Nalevo původní zašuměný obrázek vstupující do systému, napravo umělou...

Společnost Nvidia vytrénovala umělou inteligenci tak, že dokáže vyčistit i silně zašuměný a zrnitý obrázek nebo z něj...

Skvělý nápad zabíjí nedostatky. Osobní cloud WD není pro každého

WD MyCloud Home DUO

Vypadá jako síťové úložiště, ale ne takové, jak jej známe. WD MyCloud Home vám na doma uložené pevné disky zazálohuje...

Slavný humanoidní robot končí. Asimo dirigoval orchestr a spadl ze schodů

Humanoidní robot Asimo je první dvounohý chodící robot.

Firma Honda se rozhodla, že již nebude dále vyvíjet svého populárního dvounohého robota Asimo. Využije však zkušenosti...

HUBNUTÍ: Dvojnásobná maminka zhubla 20 kilogramů
HUBNUTÍ: Dvojnásobná maminka zhubla 20 kilogramů

Maminka pod přezdívkou Adenka84 dokazuje, že opravdu lze omládnout! Během pár měsíců zhubla dvacet kilogramů – se dvěma dětmi, při návratu do práce a potížích se štítnou žlázou.

Najdete na iDNES.cz