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Geometrische Untersuchungen am Casimir-Effekt

Das Phänomen eines sich verändernden Zustands im Vakuum in Gegenwart makroskopischer Objekte wird als Casimir-Effekt bezeichnet. EU-finanzierte Wissenschaftler haben unter Nutzung des Mehrfachstreuungsformalismus Licht in diesen interessantesten Aspekt des Vakuums gebracht.
Geometrische Untersuchungen am Casimir-Effekt
Recht weit davon entfernt, völlig leer zu sein, geht die moderne Physik davon aus, dass ein Vakuum elektromagnetische Wellen aller möglichen Wellenlängen enthält, die nie vollständig beseitigt werden können. Das impliziert, dass der leere Raum eine bestimmte Menge an Energie aufweist.

Werden nun Spiegel im Vakuum einander zugewandt angeordnet, so werden einige der Wellen zwischen sie passen und andere nicht. Da sich die reflektierenden Flächen einander annähern, passen die längeren Wellen nicht mehr zwischen sie. In Folge dessen wird die Gesamtmenge an Energie in dem Leerraum zwischen den Platten etwas geringer als sonst.

Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts MUFO (Multiscattering formalism: Casimir effect and related topics) haben Wissenschaftler den Casimir-Effekt zwischen kompakten Objekten mit unterschiedlichen Geometrien untersucht. Ihre Forschung konzentrierte sich auf Platten sowie Kugeln und auch achsensymmetrische Objekte.

Die MUFO-Wissenschaftler beobachteten, auf welche Weise derartige Objekte einander anziehen – ebenso wie zwei von einem gespannten Gummiband zusammengehaltene Objekte näher zusammenrücken, wenn die in den Band gespeicherte Energie abnimmt. Überdies analysierten sie Modifikationen des Casimir-Effekts zwischen Kugeln, entsprechend den Atomen und angeordnet entlang der Zylinderachse.

Die Forscher fanden analytische Beschreibungen von Wechselwirkungen zwischen Kugeln und Zylindern in kurzen und langen Abständen. Ein wichtiger Punkt bei der Bestimmung der Art und Weise, wie diese Wechselwirkungen vom Abstand abhängig sind, war die räumliche Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen und wie diese von Objekten mit unterschiedlichen Geometrien verschieden gestreut werden.

Die grundlegenden Arbeiten von Hendrick Casimir, Fritz London und Dirk Polder in den 1930er und 1940er Jahren hatten elektromagnetische Quantenfluktuationen als die Quelle von Wechselwirkungen im Nah- wie auch im Fernbereich zwischen polarisierbaren Objekten ermittelt. Neuere Untersuchungen ergaben deren Modifikationen wie etwa Retardierung und Nicht-Additivtät.

Das Team um MUFO untersuchte Fluktuationen elektromagnetischer Feldern, die sich aufgrund der Anwesenheit von Dielektrika in einem System geladener Teilchen bilden. Unter Nutzung der Näherungskraftapproximation war es möglich, zu einem tieferen Verständnis der Casimir-Kräfte in Systemen zu gelangen, die im bzw. aus dem Gleichgewicht sind.

Mit der MUFO-Arbeit wird man erwartungsgemäß den Weg zur Erforschung komplexerer Casimir-Phänomene ebnen. Die Projektergebnisse könnten sich neu abzeichnende Technologien einschließlich Mikrosystemtechnik (Microelectromechanical Systems) oder Quanteninformationsverarbeitung auf tiefgreifende Weise beeinflussen.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Casimir-Effekt, Vakuum, multi-scattering formalism, Mehrfachstreuungsformalismus, elektromagnetische Wellen, MUFO
Datensatznummer: 188712 / Zuletzt geändert am: 2016-10-26
Bereich: Industrielle Technologien
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