Re: Effetto Casimir nella ricerca sperimentale

From: Paolo Brini <paolo.brini_at_iridiumpg.cancellacom>
Date: Wed, 28 Feb 2007 13:17:34 +0100

fortunati.luigi_at_gmail.com ha scritto:
> On 27 Feb, 18:57, gianmarco..._at_inwind.it (Tetis) wrote:
>> L'effetto Casimir e' molto dipendente dalla geometria,
>> dalla natura delle piastre e dalle proprieta' del materiale
>> interposto. Puo' essere sia repulsivo che attrattivo. Per
>> piastre parallele, con vuoto interposto,
>> il caso statico e' attrattivo come dici.
>
> Grazie della risposta.
> Mi sapresti anche dare qualche ragguaglio? Nel caso delle piastre
> parallele, ho letto che il numero di particelle virtuali presenti
> all'esterno, � maggiore rispetto a quelle presento all'interno, quindi
> esiste una qualche spiegazione che giustifica la forza che sospinge le
> due piastre l'una verso l'altra.

Ciao,

dobbiamo considerare che la forza di Casimir dipende dalle condizioni al
contorno, dalla geometria e dalla topologia del sistema in esame, dalle
caratteristiche e dalla temperatura dei materiali. Casimir prese in
esame due specchi metallici piani, posti ad una temperatura di 0 K,
perfettamente riflettenti ed esattamente paralleli, posti a distanza L
tale che l'area di uno specchio fosse molto maggiore di L^2; in questo
caso la forza prevista � sempre attrattiva, e le conferme sperimentali
sono ormai numerosissime ed in buon accordo (nei limiti di incertezza
della misura: ovviamente le condizioni ideali di Casimir non esistono)
con le predizioni teoriche.

Bisogna tenere presente anche che sia le condizioni al contorno, sia la
configurazione del sistema, influiscono non solo sull'ordine di
grandezza della forza di Casimir, ma anche sul suo segno (ecco delle
caratteristiche per le quali ti dicevo che l'analogia con la forza di
gravit� mi sembra fuori luogo).

Se considerassimo la forza di Casimir fra due piastre parallele di
materiale dielettrico o conduttore come l'evidenza macroscopica
dell'attrazione molecolare di Casimir-Polder e delle forze di Van der
Waals, otterremmo un risultato generalmente attrattivo, ed in accordo
con le evidenze sperimentali (purch� trascuriamo, ma prendi questa mia
affermazione con beneficio di inventario, certi dielettrici per i quali,
credo, la somma delle forze di Van der Waals e di Casimir-Polder
potrebbe dare risultati sbagliati anche nel segno).

Se per� andiamo a considerare la forza di Casimir fra una piastra che
sia un conduttore perfetto ed una superficie infinitamente permeabile,
con condizioni al contorno ibride (Neumann *e* Dirichlet), ci attendiamo
una forza o attrattiva o repulsiva sotto diverse condizioni. Questi
calcoli sono ben noti dal 1974 grazie a Boyer che consider� proprio
questo caso su invito di Casimir; anche in seguito si � affermato che il
segno della forza all'interno di cavit� rettangolari dipenda dal
rapporto delle superfici coinvolte. E qui, come disse il bardo, sorge il
problema. Prima di tutto si tratta di un'approssimazione che non tiene
conto del contributo della regione esterna al sistema. In secondo luogo,
c'� un termine divergente associato alle condizioni di cui sopra che
viene ignorato: � lecito, fisicamente, farlo?

Diventa indispensabile una verifica sperimentale. Ideando esperimenti
*equivalenti* (che sfruttino per esempio alcuni, particolari pistoni di
Casimir) che eliminino i problemi prima esposti, e dove si abbiano
condizioni al contorno ibride Neumann-Dirichlet, potremmo mettere alla
prova le predizioni teoriche nei limiti delle approssimazioni di misura;
numerosi ricercatori hanno calcolato che in questi casi le forze di
Casimir sono sempre repulsive al di sotto di certe distanze, e sono
stati proposti esperimenti difficili ma non impossibili da realizzare in
pratica nel prossimo futuro. Per difficolt� tecniche per ora una
verifica sperimentale ancora manca, per quanto ne sappia io.

> Nel caso della forza repulsiva, si conoscono le cause del fenomeno?

Certo, il fenomeno � gi� previsto e verrebbe correttamente inquadrato in
caso di conferma sperimentale. In caso di smentita... saremmo in
presenza di una anomalia in senso kuhniano (non popperiano, per Popper
sarebbe una falsificazione :-)).

In entrambi i casi, comunque, avremmo risultati importanti per
affrettare ricadute tecnologiche di grandissima rilevanza (MEMS e NEMS
per esempio).

Ciao,

Paolo
Received on Wed Feb 28 2007 - 13:17:34 CET