Ученые освоили управление квантовыми взаимодействиями и добились левитации золотой пластины над подставкой.
Физический вакуум не является абсолютно пустым пространством. Даже при полном отсутствии материи, постоянные изменения энергии вызывают спонтанное появление виртуальных пар, состоящих из частиц и античастиц. Эти частицы практически мгновенно взаимодействуют и исчезают, однако их влияние можно наблюдать, например, в виде слабого притяжения между двумя идеально гладкими и плотно соприкоснувшимися зеркальными поверхностями.
Колебания частиц порождают колебания связанных с ними полей, включая электромагнитные. В пространстве между двумя поверхностями электромагнитные волны будут взаимодействовать, приводя к усилению одной, резонансной частоты, в то время как остальные будут подавлены. Следовательно, давление виртуальных частиц за пределами системы, где подавления нет, будет больше, чем внутри, что и вызывает слабое притяжение между пластинами. Данное явление было предсказано в середине XX века нидерландским физиком Хендриком Казимиром и получило его наименование.
Сегодня эффект Казимира многократно продемонстрирован в лаборатории, а использованием более сложных форм, материалов и ориентации пластин ученые научились добиваться и расталкивающей силы. Недавно команде ученых из США и Китая удалось стабилизировать отталкивающие и притягивающие силы Казимира, получив квантовый «ховерборд», способный к довольно устойчивой левитации. Статья В журнале была опубликована работа Сяна Чжана (Xiang Zhang) и его коллег Science.
Для эксперимента авторы выбрали очень тонкую золотую пластину (диаметром всего 25 мкм). Расположенная на расстоянии 45 нм над золотой подложкой, она под действием сил Казимира стремительно притягивается к ней. Однако в данном случае ученые дополнительно нанесли на нее слой тефлона, который при определенном сближении поверхностей создавал отталкивающие силы. Меняя толщину покрытия, исследователям удалось обеспечить устойчивую левитацию, благодаря чему «ховерборд» сохранял положение над опорой в течение 20 минут, незначительно колебаясь вверх и вниз в пределах 10 нм.
Жаль, что эффект Казимира не поддается масштабированию. Его влияние заметно только на квантовом уровне, и любая попытка увеличения подобного «ховерборда» приведет к тому, что электромагнитные силы и гравитация быстро преодолеют его, заставив опуститься на основание. Однако, данное решение может найти применение в нанотехнологиях и электронике будущего.