Úterý 18. února 2020, svátek má Gizela
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Úterý 18. února 2020 Gizela

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:

Přechod na DVB-T2

Od 27. 11. probíhá postupný přechod na vysílací standard DVB-T2. Proces by měl být dokončen do poloviny roku 2020. Diváci si tak musí pořídit televizi s podporou kódování H.265 (HEVC) nebo starší televizi doplnit vhodným set-top boxem.

  • Nejčtenější
Premium

Říkali mu Bílá smrt. Nejúspěšnějšího odstřelovače historie Sověti nedostali

Nejúspěšnějším odstřelovačem v historii válčení byl Simo Häyhä z Finska. Proslavil se během zimní války, kdy na jeho...

Balí mě? Vědci ukázali, že především muži mají problém poznat flirt

Když flirtujeme, dáváme najevo zájem o intimní kontakt. Máme pocit, že jasněji už to dát najevo nemůžeme. Ostatní však...

Ano, nebo ne? Vyzkoušeli jsme, zda je televizor s Android TV 9 dobrý nápad

Při výběru televizoru hraje stále častěji důležitou roli, jaký operační systém v ní běží. Od něj se totiž odvíjí způsob...

Nový americký neviditelný bombardér B-21 Raider vzlétne v roce 2021

Společnost Northrop Grumman zveřejnila nové vizualizace vyvíjeného stealth bombardéru B-21 Raider. Dle zveřejněných...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Může být u černé díry obyvatelná planeta? Podle českých fyziků ano

V okolí černých děr se teoreticky mohou vyskytovat planety, na kterých panují teploty podobné jako na Zemi. Vyplývá to...

Premium

Karlův most je jen most, stěžují si turisté. Kritika nešetří ani další památky

Do Česka loni přijel rekordní počet turistů. Památky si u nich leckdy vysloužily i bizarní recenze na internetu,...

Premium

Podivné zrcadlo z Turnova letí ke Slunci. Česká laboratoř se musela ukázat

Ke Slunci odstartovala sonda se speciálním zrcadlem pro sledování korony. Vyvinuli jej čeští výzkumníci v Turnově....

Premium

Češi bydlí stále častěji ve sklepech. K extrémním řešením je nutí drahé nájmy

Nedostupné bydlení nutí Čechy ke stále extrémnějším řešením bytové situace. Zejména v největších městech už lidé míří i...

  • Další z rubriky
Premium

Podivné zrcadlo z Turnova letí ke Slunci. Česká laboratoř se musela ukázat

Ke Slunci odstartovala sonda se speciálním zrcadlem pro sledování korony. Vyvinuli jej čeští výzkumníci v Turnově....

Kolem ruského supertanku Armata je stále více nejasností

Čelní představitelé ruského průmyslu, politiky a spřízněných médií pokračují v mlžení kolem projektu nové ruské těžké...

Grafen může být revolucí pro baterie. Ovšem pokud nebude nad zlato

Je to tu zase, na trh se blíží další revoluční baterie. Tentokrát je jejich kouzelnou přísadou nejtenčí forma uhlíku....

Jaderní osmdesátníci. Reaktory stárnou, odchody do důchodu se odkládají

Ve Spojených státech před pár dny schválili vůbec nejdelší prodloužení životnosti jaderné elektrárny. Dva floridské...

Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!

Najdete na iDNES.cz