展現卡西米爾力的微型設備

無中生有聽起來很理想，因此多年來科學家試圖利用兩個極其靠近的物體之間產生的微量能量。這種能量的源頭難以確定，曾經被嘲笑為永動機的幻想。現今，普林斯頓的研究團隊發現了一種利用這種力的一個方面——斥力的方式。

研究者建造了一種矽片設備，使得能觀察到卡西米爾力。Credit: Princeton University

七十年前荷蘭科學家Hendrik Casimir曾預言這種能量，這種能量起因於量子效應，在真空中將兩塊相對的平板放置得極其靠近就能觀測到。近距離下，平板之間相互排斥，可被用於某些技術中。然而，直到近期才似乎有可能利用這種卡西米爾力來做點有用的東西。(此前也曾有過卡西米爾力的相關文章)

香港科技大學和普林斯頓大學研究者製造的新型硅晶元是邁向卡西米爾力利用的重要一步。在平板上蝕刻出微米級的形狀，通過精巧的組裝，研究者證實當兩塊平板靠近時相互排斥。完全使用矽片建造這種設備具有現實的應用價值，可以利用卡西米爾力防止微型機器部件相互粘連。該研究已發布在自然光子學雜誌的二月卷上。

真空能量

普林斯頓大學電子工程助理教授Alejandro Rodriguez為設備提供了理論計算，隨後香港科技大學Ho Bun Chan領導的團隊實際製造了該設備，Rodriguez說道：「這是首個在矽片上驗證的卡西米爾效應，使得研究者能夠直接測量這種作用力。」

矽片的結構看起來像是排列有100納米間距齒的平板(人類頭髮粗約60000~80000納米)。隨著兩塊平板的靠近，卡西米爾力起作用，並將兩者分開。

該排斥反應在沒有任何能量輸入的條件下發生，而且從表面看來處於真空之中。由於上述特性，這種能量被稱為真空零點能。正是由於這些特徵，早期曾有言論稱卡西米爾力不可能存在，因為其存在意味著某種永動機，違反了物理定律。

這種力已經被實驗證實的確存在，來源於少數原子的正常量子漲落。

研究團隊證實用硅製造設備控制卡西米爾力是可能的。

Ho Bun Chan說道：「我們的論文顯示利用複雜定製形狀的結構，是可以控制卡西米爾力的。本文是Rodriguez提出的結構設計的實驗實現。」

Rodriguez和他的團隊曾經提出一種技術，使研究者能計算兩塊相互靠近的平行板的相互作用，由此能探索在更複雜的幾何形狀下的情形。

Rodriguez團隊使用納米光子技術，測量光與結構的相互作用，得到卡西米爾力與兩平板相互作用之間的複雜方程式。

該硅制設備包含一個小型的機械彈簧，可測量兩塊平板之間的作用力，確認該作用力為斥力。粗糙的T形硅齒能形成這種作用力，相對平面不同部分相互作用，從而產生了斥力。

Rodriguez說道：「我們曾經想Chan的小組應該採用哪種形狀才能製造出具有顯著斥力的設備呢，所以我們做了一些背景研究和計算，以確保得到可測量的作用力。」

下一步研究者計劃嘗試其他的配置，以獲得更強大的斥力和在更大的間距下的斥力。

[CliffBao via phys]

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