Prima osservazione dell'effetto Casimir dinamico

Una delle previsioni più sorprendenti della moderna teoria quantistica è che il vuoto dello spazio non è vuoto. In effetti, la teoria quantistica prevede che brulica di particelle virtuali che entrano ed escono dall'esistenza.

Così iniziano Christopher Wilson della Chalmers University in Svezia e amici nel loro articolo meravigliosamente leggibile su un pezzo di scienza piuttosto straordinario.

Questo vortice di attività quantistica è tutt'altro che benigno. I fisici sanno dal 1948 che se due specchi piatti vengono tenuti vicini e paralleli tra loro, verranno spinti insieme da queste particelle virtuali.

Il motivo è semplice. Quando lo spazio tra gli specchi è inferiore alla lunghezza d'onda delle particelle virtuali, vengono escluse da questo spazio. La pressione del vuoto all'interno dell'intercapedine è quindi inferiore a quella esterna e questo forza gli specchi.

Questo è il statico Effetto Casimir ed è stato misurato per la prima volta nel 1998 da due squadre negli Stati Uniti.

Ma c'è un altro fenomeno chiamato il dinamico Effetto Casimir che non si è mai visto.

Si verifica quando uno specchio si muove nello spazio a velocità relativistiche. Ecco cosa succede. A basse velocità, il mare di particelle virtuali può facilmente adattarsi al movimento dello specchio e continuare a nascere in coppia per poi scomparire mentre si annichilano a vicenda.

Ma quando la velocità dello specchio inizia a corrispondere alla velocità dei fotoni, in altre parole a velocità relativistiche, alcuni fotoni si separano dai loro partner e quindi non si annichiliscono. Questi fotoni virtuali diventano quindi reali e lo specchio inizia a produrre luce.

Questa è la teoria. Il problema in pratica è che è difficile far muovere uno specchio ordinario a velocità relativistiche.

Ma Wilson e compagni hanno un asso nella manica. Invece di uno specchio convenzionale, hanno utilizzato una linea di trasmissione collegata a un dispositivo di interferenza quantistica superconduttore o SQUID. Giocherellare con lo SQUID cambia la lunghezza elettrica effettiva della linea e questo cambiamento equivale al movimento di uno specchio elettromagnetico.

Modulando lo SQUID a frequenze GHz, lo specchio si muove avanti e indietro. Per avere un'idea della scala, la linea di trasmissione è lunga solo 100 micrometri e lo specchio si muove per una distanza di circa un nanometro. Ma la velocità con cui lo fa significa che raggiunge velocità che si avvicinano al 5% della velocità della luce.

Quindi, dopo aver perfezionato la loro tecnica di movimento dello specchio, tutto ciò che Wilson e compagni devono fare è raffreddare tutto, quindi sedersi e cercare i fotoni. Abbastanza sicuro, hanno individuato fotoni a microonde che emergono dallo specchio in movimento, proprio come previsto.

Concludono con una breve conclusione. Riteniamo che questi risultati rappresentino la prima osservazione sperimentale dell'effetto Casimir dinamico.

Risultato impressionante!

Rif: arxiv.org/abs/1105.4714 : Osservazione dell'effetto Casimir dinamico in un circuito superconduttore

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