I ricercatori della Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University (SPbPU) hanno proposto un nuovo approccio per descrivere l'interazione dei metalli con le fluttuazioni elettromagnetiche (cioè, con raffiche casuali di campi elettrici e magnetici). I risultati ottenuti hanno applicazioni sia in fisica fondamentale, e per la creazione di nanodispositivi per vari scopi. L'articolo è stato pubblicato su European Physical Journal C .

Il funzionamento dei microdispositivi utilizzati nella tecnologia moderna è influenzato dalla forza di Casimir causata dalle fluttuazioni elettromagnetiche. Questa è la forza di attrazione che agisce tra due superfici nel vuoto. Tale interazione tra corpi elettricamente neutri situati a una distanza inferiore a un micrometro è stata teoricamente descritta a metà del XX secolo dall'accademico Evgeny Lifshitz. In alcuni casi, però, La teoria di Lifshitz contraddiceva i risultati sperimentali. Un misterioso paradosso è stato scoperto nel processo di misurazioni precise delle forze di Casimir nei nanodispositivi.

"Le previsioni della teoria di Lifshitz erano in accordo con i risultati della misurazione solo se le perdite di energia degli elettroni di conduzione nei metalli non venivano prese in considerazione nei calcoli. Queste perdite, però, esistono! È risaputo che la corrente elettrica riscalda leggermente il filo. Nella letteratura, questa situazione è chiamata puzzle di Casimir, " spiega Galina Klimchitskaya, Professore dell'Istituto di Fisica, Nanotecnologie e telecomunicazioni, SPbPU.

Gli scienziati del Politecnico hanno contemporaneamente preso in considerazione le perdite di energia degli elettroni nei metalli e hanno raggiunto un accordo tra le previsioni della teoria di Lifshitz e le misurazioni ad alta precisione della forza di Casimir. Un nuovo approccio, descrivendo l'interazione dei metalli con le fluttuazioni elettromagnetiche, tiene conto del fatto che esistono due tipi di fluttuazioni:fluttuazioni reali (simili ai campi elettromagnetici osservati), e le cosiddette fluttuazioni virtuali che non possono essere osservate direttamente (simili alle particelle virtuali che costituiscono il vuoto quantistico).

"L'approccio proposto porta approssimativamente allo stesso contributo delle fluttuazioni reali alla forza di Casimir, come quello comunemente usato, ma cambia significativamente il contributo delle fluttuazioni virtuali. Di conseguenza, La teoria di Lifshitz si accorda con l'esperimento, tenendo conto delle perdite di energia degli elettroni nei metalli, "dice Vladimir Mostepanenko, Professore dell'Istituto di Fisica, Nanotecnologie e telecomunicazioni, SPbPU.

I risultati pubblicati si riferiscono a metalli non magnetici. Nel futuro, i ricercatori intendono estendere i risultati a materiali con proprietà ferromagnetiche. Così, ci sarà un'opportunità per un calcolo affidabile e la creazione di più nanodispositivi in ​​miniatura operati sotto l'influenza della forza di Casimir.