科學(xué)家用卡西米爾力，實(shí)現(xiàn)非接觸式的方式：操縱和控制宏觀物體！來(lái)自西澳大利亞大學(xué)和加州大學(xué)默塞德分校的科學(xué)家合作，研究出一種測(cè)量微小力并利用它們控制物體的新方法。

其研究發(fā)表在《自然物理》期刊上，由西澳大學(xué)物理、數(shù)學(xué)與計(jì)算學(xué)院的Michael Tobar教授、澳大利亞研究理事會(huì)卓越工程量子系統(tǒng)中心首席研究員Michael Tobar教授和默塞德大學(xué)的Jacob Pate博士共同領(lǐng)導(dǎo)。

其研究成果是一種以非接觸式方式操縱和控制宏觀物體的新方法，能在不增加機(jī)械損失的情況下增強(qiáng)靈敏度。這種被稱(chēng)為卡西米爾效應(yīng)卡西米爾力(Casimir Force)的微小力曾經(jīng)被認(rèn)為只對(duì)學(xué)術(shù)感興趣，現(xiàn)在卻吸引了計(jì)量學(xué)(測(cè)量科學(xué))和傳感等領(lǐng)域的興趣。如果能測(cè)量和操縱物體上的卡西米爾力，那么就有能力提高力的敏感度，減少機(jī)械損失，這有可能對(duì)科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生重大影響。

要理解這一點(diǎn)，需要深入研究量子物理的怪異之處。在現(xiàn)實(shí)中，完美的真空并不存在，因?yàn)樘摂M粒子，比如光子，也會(huì)時(shí)而閃爍，時(shí)而不復(fù)存在。這些波動(dòng)與放置在真空中的物體相互作用，實(shí)際上隨著溫度的升高而增強(qiáng)，從“零”產(chǎn)生一個(gè)可測(cè)量的力，也就是眾所周知的卡西米爾力。這很方便，因?yàn)槲覀兩钤谑覝叵拢芯楷F(xiàn)在已經(jīng)證明，也可以使用這種力來(lái)做很酷的事情。

但要做到這一點(diǎn)，需要開(kāi)發(fā)精密技術(shù)，讓我們能夠用這種力來(lái)控制和操縱物體。研究人員能夠測(cè)量卡西米爾力，并在室溫下通過(guò)一個(gè)被稱(chēng)為折返腔的精密微波光子腔來(lái)操縱這些物體，該裝置使用一層與折入腔分開(kāi)的薄金屬膜，精確地控制到大約一粒塵埃的寬度由于物體之間的卡西米爾力，來(lái)回彎曲的金屬薄膜彈簧式振動(dòng)得到了顯著的改善，并被用來(lái)以一種獨(dú)特的方式操縱薄膜和再入腔系統(tǒng)的特性。

這使得力敏感度和控制膜機(jī)械狀態(tài)的能力提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。1948年，卡西米爾力被預(yù)測(cè)為宏觀物體之間從零點(diǎn)能產(chǎn)生的力。在有限的溫度下，已經(jīng)證明熱卡西米爾力的存在，是由于熱能而不是零點(diǎn)能量，并且有越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)表征了在一定溫度和距離范圍內(nèi)的影響。此外，在快速發(fā)展的腔光力學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家正在努力操縱聲子和增強(qiáng)相干性。本研究展示了一種通過(guò)將金屬SiN膜耦合到光子折射腔實(shí)現(xiàn)：

卡西米爾力彈簧和宏觀光學(xué)力學(xué)中的工程稀釋方法，空間定域卡西米爾力彈簧的吸引力模擬了非接觸邊界條件，通過(guò)耗散稀釋引起應(yīng)變和聲相干性的增加。這提供了一種通過(guò)熱光子操縱聲子的方法，導(dǎo)致“就地”可重新配置的機(jī)械狀態(tài)，減少損耗機(jī)制，并創(chuàng)造更多類(lèi)型的聲學(xué)非線性，而且所有這些都是在室溫下進(jìn)行。

博科園｜研究/來(lái)自：西澳大利亞大學(xué)

參考期刊《自然物理》

DOI: 10.1038/s41567-020-0975-9

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