Zařízení určené k měření a manipulaci s neviditelnými silami

Znázornění upínacího zařízení a jeho fungování. Fotografický kredit: Jake Pate

Jak vědci staví menší a menší stroje, musí pochopit neviditelné síly, díky nimž tyto stroje fungují.

Díky výzkumu a iniciativě tehdejšího postgraduálního studenta Jakea Patea z UC Merced lze nyní některé z těchto sil měřit a manipulovat s nimi.

Kmotr, který získal titul Ph.D. ve fyzice a nyní je postdoktorandem v Národním institutu pro standardy a technologii v Boulderu v Coloradu a pracuje pod profesorem fyziky Jay Sharpingem na School of Natural Sciences. Zatímco ve své laboratoři oslovil Jake vědce v Austrálii s projektem zaměřeným na Casimirův efekt – sílu, která existuje mezi dvěma kovovými objekty, když jsou extrémně blízko u sebe, ale nedotýkají se.

„Tato síla chce spojit tyto dva objekty k sobě,“ řekl Pate. „Casimirova síla je dostatečně silná, aby změnila vnitřní chování objektů.“

Navrhl a vyrobil fixační zařízení – malý kužel – který může zastavit vibrace, když je umístěn v blízkosti vibračního bubnu v intervalech v nanoměřítku. S dostatkem teček, tzv. „Závorek“, mohou vědci vyvinout nové formy a chování.

„Tato práce je nesmírně důležitá pro mikroelektromechanické systémy (MEMS), malé stroje s pohyblivými částmi,“ řekl Sharping. Některé běžné komerční aplikace pro MEMS zahrnují inkoustové tiskárny; Akcelerometry automobilů, které používají airbagy; Akcelerometry v herních ovladačích, mobilních telefonech, digitálních fotoaparátech a osobních počítačích; Křemíkové tlakové senzory, jako jsou ty, které detekují senzory tlaku v pneumatikách automobilů; biomedicínská zařízení, jako jsou stenty; Ultrazvukový převodník; a drobné reproduktory, jako jsou ty ve sluchátkách a sluchadlech.

„Za posledních 10 let jsme se naučili, jak dělat stroje tak malými, že musíme rozumět kvantové mechanice, abychom pochopili, jak fungují,“ řekl Sharping. “Když dáte dohromady dva kusy materiálu, zažijí síly, které by byly irelevantní, kdyby byly dále od sebe.” Z blízka se nemusí chovat tak, jak chcete, takže objekty vytvořené pomocí nich nemusí fungovat tak, jak chcete. “

Patovo zařízení to mění, i když ho technologie ještě docela nedohonila.

„Dá se s tím dělat všechno možné,“ řekl kmotr. „Můžete vylepšit buben, nechat ho delší vibrace, změnit tvar vibrací nebo dokonce zabránit tomu, aby vůbec vibroval – tímto způsobem můžete ovládat předmět, aniž byste se ho dotkli.“

Dalším krokem bude použití svorky, aby se zjistilo, zda může zlepšit citlivost Casimirovy síly.

Až donedávna vědci věřili, že se Casimirův efekt vyskytl pouze při velmi nízkých teplotách, například v Absolutní nula, ale Pate a jeho tým ukazují, že sílu lze použít a má dalekosáhlé účinky i při pokojové teplotě.

„Tato práce představuje významný pokrok v přesném měření a regulaci s širokou škálou aplikací,“ uvedl profesor Ajay Gopinathan z katedry fyziky. „Jsme hrdí na naše studenty fyziky a fakulty, kteří dělají zásadní objevy s velkým dopadem.“

Výsledky jejich studie byly nedávno zveřejněny v Přírodní fyzikas kmotrem jako hlavním autorem.

„Pokud dokážete měřit a manipulovat s Casimirovou silou na objekty, můžeme zlepšit citlivost na sílu a snížit mechanické ztráty, což může mít obrovský dopad na vědu a technologii,“ řekl profesor Michael Tobar z University of Western Australia, který pracoval se skupinou Pates projekt společně. “Abychom tomu porozuměli, musíme studovat šílenství kvantové fyziky.” Ve skutečnosti neexistuje nic jako dokonalé vakuum – dokonce i v prázdném prostoru při nulové teplotě virtuální částice blikají dovnitř a ven z existence jako fotony. “

Kmotr se stal zvědavým na neviditelné síly při výrobě mikrovlnných dutin ve strojírně UC Merced a všiml si některých „podivných výsledků“. Natáhl se k Tobarovi a pokračoval ve spolupráci, která mu umožnila žít tři měsíce v Austrálii.

„Jake skutečně vytvořil tuto příležitost pro sebe a náš tým a byla pro něj, pro nás a pro obě univerzity skvělá,“ řekl Sharping. “Je dokonalým příkladem toho, jak se naši studenti nebojí dělat věci, které ostatní lidé možná nezkoušejí, například obrátit se o pomoc na jinou univerzitu.” Věda funguje nejlépe, když si více vědců povídá. “

Přečtěte si Sílu z ničeho použitého k ovládání a manipulaci s objekty a dozvíte se více o tomto výzkumu.

Odkaz: „Kazimírové pero a ředění v optomechanice makroskopických dutin“, JM Pate, M. Goryachev, RY Chiao, JE Sharping a ME Tobar, 3. srpna 2020, Přírodní fyzika.
DOI: 10.1038 / s41567-020-0975-9

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Proč jsou metody distribuce vakcín COVID-19 krátké + 3 způsoby, jak je vylepšit

Objevilo se několik návrhů, jak distribuovat COVID-19 vakcíny, ale nezajistí spravedlivé rozdělení vakcíny. Tým, který zahrnuje Nicole Hassoun, profesorku na Binghamton University, navrhuje...

Obstrukční spánková apnoe je běžná u lidí s kognitivními poruchami – je léčitelná

Léčitelná porucha spánku, která je běžná u lidí s poruchami myšlení a paměti. K obstrukční spánkové apnoe dochází, když je během spánku dýchání opakovaně přerušováno....

Kvantové tunelování v grafenu posouvá éru vysokorychlostní bezdrátové komunikace Terahertz

Kvantové tunelování. Půjčka: Tisková kancelář Daria Sokol / MIPT Vědci z MIPT, Moskevské státní pedagogické univerzity a univerzity v Manchesteru vyvinuli velmi citlivý terahertzový...

Využití vibračních molekul ke studiu vlnových vlastností hmoty

Molekulární ionty HD + (páry žlutých a červených bodů) v iontové pasti (šedé) jsou ozářeny laserovou vlnou (červená). To vede k kvantovým skokům,...

Kampaň NASA SnowEx kopání hluboko v roce 2021

Měření sněhu se může zdát jednoduché, ale každé prostředí představuje pro přístroje jedinečné výzvy. Například sněžení v lesích se zachytává na větvích nebo...

Newsletter

Subscribe to stay updated.