Ученые продемонстрировали «квантовый ховерборд»

Физический вакуум никогда не бывает совершенно пуст. Даже при полном отсутствии частиц постоянные энергетические флуктуации приводят к рождению виртуальных пар частиц и античастиц. Они практически моментально взаимодействуют и аннигилируют, снова пропадая, однако эффекты их «танца» вполне можно заметить — например, по слабому притяжению, возникающему между парой очень ровных и тесно сближенных друг с другом зеркальных поверхностей.

Дело в том, что колебания частиц вызывают колебания соответствующих полей, в том числе электромагнитных. В пространстве между парой поверхностей электромагнитные волны будут интерферировать, так что одна частота (резонансная) окажется усиленной, а все остальные — подавленными. А значит, снаружи, где никакого подавления не происходит, давление виртуальных частиц будет выше, чем внутри, создавая небольшое притяжение между пластинами. Это явление было предсказано в середине ХХ века нидерландским физиком Хендриком Казимиром и получило его имя.

Сегодня эффект Казимира многократно продемонстрирован в лаборатории, а использованием более сложных форм, материалов и ориентации пластин ученые научились добиваться и расталкивающей силы. Недавно команде ученых из США и Китая удалось стабилизировать отталкивающие и притягивающие силы Казимира, получив квантовый «ховерборд», способный к довольно устойчивой левитации. Статья Сян Чжана (Xiang Zhang) и его коллег опубликована в журнале Science.

Авторы использовали тончайшую золотую пластинку (всего 25 мкм в поперечнике): расположенная в 45 нм над золотой опорой, она быстро притягивается к ней силами Казимира. Однако на этот раз ученые дополнительно покрыли ее слоем тефлона, который при определенном сближении поверхностей создавал отталкивающие силы. Варьируя толщину покрытия, удалось добиться стабильной левитации такого «ховерборда», который завис над опорой на целых 20 минут, то поднимаясь, то опускаясь в пределах 10 нм.

Остается лишь пожалеть, что проявления эффекта Казимира не масштабируются. Они существенны лишь в квантовом мире, и при любой попытке увеличения такого «ховерборда» обычные электромагнитные силы и обычная гравитация быстро заставят его упасть на опору. Тем не менее новое решение может найти применение в нанотехнологиях и электронике будущего.