Исследователи из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПб-ПУ) предложили новый подход к описанию взаимодействия металлов с электромагнитными флуктуациями (то есть со случайными всплесками электрического и магнитного полей). Полученные результаты находят применение как в фундаментальной физике. На работу микроприборов, используемых в современной технике, влияет сила казимира, вызванная электромагнитными колебаниями. Это сила притяжения, действующая между двумя поверхностями в вакууме. Такое взаимодействие между электрически нейтральными телами, расположенными на расстоянии менее одного микрометра, было теоретически описано в середине XX века академиком Евгением Лифшицем. Однако в некоторых случаях теория Лифшица противоречила экспериментальным результатам. Загадочный парадокс был обнаружен в процессе точных измерений сил Казимира в нано-устройствах.
Предсказания теории Лифшица совпадали с результатами измерений только в том случае, если в расчетах не учитывались потери энергии электронов проводимости в металлах. Эти потери, однако, существуют! Общеизвестно, что электрический ток слегка нагревает провод. В литературе эта ситуация называется загадкой Казимира, объясняет Галина Климецкая, профессор Института физики, нанотехнологий и телекоммуникаций СПб-ПУ.
Ученые Политехнического университета одновременно учли потери энергии электронов в металлах и пришли к согласию между предсказаниями теории Лифшица и высокоточными измерениями силы Казимира. Новый подход, описывающий взаимодействие металлов с электромагнитными флуктуациями, учитывает, что существуют два типа флуктуаций: реальные флуктуации (подобные наблюдаемым электромагнитным полям) и так называемые виртуальные флуктуации, которые нельзя непосредственно наблюдать (подобные виртуальным частицам, составляющим квантовый вакуум).
Предлагаемый подход приводит к примерно такому же вкладу реальных флуктуаций в силу Казимира, как и обычно используемый, но существенно изменяет вклад виртуальных флуктуаций. В результате теория Лифшица согласуется с экспериментом, при этом учитываются потери энергии электронов в металлах, - говорит Владимир Степаненко, профессор Института физики, нанотехнологий и телекоммуникаций СПб-ПУ.
Опубликованные результаты относятся к немагнитным металлам. В будущем исследователи планируют распространить полученные результаты на материалы с ферромагнитными свойствами. Таким образом, появится возможность для надежного расчета и создания более миниатюрных нано-устройств, работающих под действием силы Казимира. Создания нано-устройств различного назначения.