(Hendrik Casimir-Dirk Polder, 1948)
Casimir kuvvetler, vakumda sıfır-nokta osilasyon spektrumunun distorsiyonu nedeniyle oluşan
kuvvettir.
Makroskopik bakışla,
Casimir kuvvet ihmal edilebilir seviyelerdedir. Ancak nanometre boyutlu ve
dolayısıyla çok çok küçük kütle için, Casimir kuvveti oldukça dikkat çekici
hale gelir ve nanoelektromekanik sistemler (NEMS) tasarlarken göz önüne
alınmalıdır.
Bu kuvvetin fiziksel olarak açıklanmasında, bir harmonik
osilatör için Schrodinger eşitliğinin çözümü kullanılır; enerji özdeğerleri
1
E = ħw (n + ¾
)
2
w = osilatörün frekansı, ħw = harmonik osilatör kuantumudur ( ve n ve n – 1 kuantum sayısı
enerji seviyelerindeki farka eşittir). Kuantum sayısı n = 0 ise, harmonik osilatörün enerjisi sıfır
olmaz, ħw/2 olur. ħw/2 değeri, bir harmonik osilatörün sıfır-nokta enerjisi
olarak verilir.
Bu mantığın elektromagnetik radyasyon kuanta-fotonlara
genişletilmesiyle (ve foton orijini ve imha operatörlerini içeren sekonder
kuantizasyon yaklaşımını kullanılmasıyla), bazı yaklaşımlarla, Casimir kuvvetin
oluşumu şöyle açıklanabilir: herhangi bir obje yokken fiziksel vakumun tüm
boşluğu, elektromagnetik alanın sıfır-nokta osilasyonunun sınırsız sayıda
harmoniği ile doldurulur.
Yüklenmemiş iki iletken paralel levha durumunda Casimir
kuvvet, bunların birbirlerine karşılıklı çekim gücüdür. İki iletken plakanın
varlığı alanı sınırlar, böylece plakalar arasında dalgaboyu,
2a/k (k = harmonik sayıdır; 1, 2, 3, v.s.)
olan bir sabit dalga (standing wave) vardır (standing wave, stationary wave olarak da
bilinir; ortamının her noktasında sabit bir genliğe sahip olan bir dalgadır).
Aynı zamanda, levhaların dışında fiziksel vakum alanı bozulmadan kalır; bu
alan, plakalara baskı uygulayarak onları birbirine daha yakın hale getirme
eğilimindedir.
1948'de Hollandalı
bilim adamları Hendrik Casimir ve Dirk Polder tarafından yapılan orijinal
hesaplamalara göre bu kuvvet (F) birim alan başına (A) aşağıdaki eşitlikle
verilmiştir:
Fc ħcp2
¾ = -
¾¾¾
A 240 a4
Casimir kuvvetin tayin edildiği ilk deneyler 1958 yılında
yapıldı; ancak ölçümlerin doğruluğu oldukça düşüktü. Daha kesin bir ölçümü
1997'de Steve Lamoreaux tarafından yapıldı. 2012'de ilk olarak bu etkinin
dikkate alındığı NEMS (nanoelektromekanik sistem) tanıtıldı.
Paralel levlalarda Casimir kuvvetler
