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

Jednosměrná letenka na rudou planetu se odkládá. Mars One krachuje

Ilustrace základny na Marsu, jak si ji představují v organizaci Mars One...

Firma Mars One, která slibovala soukromý let na Mars už v roce 2024, zkrachovala. Plány dostat na Mars lidské obyvatele...

Tančík pro vnuka poručíka Grubera. Němci ho nasadili i proti Tálibánu

Lehké obrněné vozidlo Wiesel s 20mm kanonem

V množině bojových vozidel Bundeswehru nalezneme s trochou štěstí i malé, ale o to více zajímavé tančíky Wiesel. Do...

Poslední Hitlerovy narozeniny nestály za nic. Supertanků se nedočkal

3D model stíhače tanků Jagdpanther, přezbrojeného na kanón ráže 128 mm tak, jak...

Na podzim 1944 se třetí říše hroutí a německé zbrojovky se snaží o nemožné. Hledají recept na zázračné zbraně,...

Kapitán nedosáhl na pedály. Začátek proudové éry přinesl zvláštní nehody

B-707 N7071  Braniff

Nová technika není vždy nutně bezpečnější. Dokládá to vývoj v letectví na přelomu 50. a 60. let. Piloti se s novými...

Lokální předpověď počasí se razantně zpřesní, možná pomáhá i váš telefon

GRAF

Nejpřesnější lokální předpovědi počasí dnes nabízejí aplikace v našich telefonech - i proto, že s nimi samy pomáhají....

Další z rubriky

Nový evropský letoun v roce 2040 nahradí Eurofightery i stroje Rafale

Model letounu NGF na listopadové výstavě Euronaval v Paříži

Již za šest let by se mohl objevit technologický demonstrátor nového bojového letounu, který budou vyvíjet společnosti...

Přepadl banku, ale zvolil špatný způsob útěku. „Udala“ ho koloběžka Uber

Ilustrační snímek

Devatenáctiletý muž přepadl banku v Texasu. S lupem odjel na elektrické koloběžce, kterou lze pronajmout...

Sedm speciálů Jumbo Jetu očima prvního českého kapitána této legendy

Boeing 747 společnosti Korean Air

Před půl stoletím poprvé vzlétl Boeing 747, ze země se slavný stroj poprvé odlepil 9. února 1969. V následující galerii...

ČPZP se stará o zdraví a pohodu nastávajících maminek i jejich dětí
ČPZP se stará o zdraví a pohodu nastávajících maminek i jejich dětí

Začátek nového života přináší do rodiny spoustu radosti, ale i starostí. Doprovází ho obavy o zdraví, změna režimu a zařizování nezbytné výbavičky pro miminko. Pomoc přichází z nejrůznějších stran. Od rodiny, přátel. Víte ale, že Česká průmyslová zdravotní pojišťovna nabízí maminkám až 3 000 Kč?

Najdete na iDNES.cz