Effetto Casimir: differenze tra le versioni

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[[File:Effetto Casimir.png|thumb|upright=1.4|Illustrazione dell'effetto Casimir tra due piastre parallele]]

{{articolo di fisica|principi=[[particella virtuale|Particelle virtuali]]

In fisica l''''effetto Casimir''' consiste nella forza attrattiva che si esercita fra due corpi estesi situati nel [[vuoto (fisica)|vuoto]], ad esempio due piastre parallele, dovuta all'[[energia di punto zero]] prevista dalla [[meccanica quantistica]].

#[[Energia del vuoto]]}}

{{meccanica quantistica}}

L'<b>effetto Casimir</B> prende il nome dal [[fisici olandesi|fisico]] [[Hendrick Casimir]], che lo predisse nel [[1948]] in base a considerazioni di [[meccanica quantistica]]. Egli stava cercando di capire da dove derivassero le [[viscosità|forze viscose]] nei fluidi.

Tale energia si identifica con l'[[energia del vuoto]] determinata da [[Particella virtuale|particelle virtuali]] che si creano continuamente per l'effetto di [[Fluttuazione quantistica|fluttuazioni quantistiche]], secondo il [[principio di indeterminazione di Heisenberg]].

Casimir predisse che tra due lastre, solo quelle particelle virtuali la cui [[lunghezza d'onda]] fosse un multiplo intero della distanza tra le lastre contribuissero all'[[energia del vuoto]]. La [[densità di energia]] dunque decrescerebbe all'avvicinarsi delle lastre, e quindi si avrebbe una forza attrattiva.

Il fenomeno prende il nome dal [[fisico]] [[Paesi Bassi|olandese]] [[Hendrik Casimir]], che, nel corso delle sue ricerche sull'origine delle [[viscosità|forze viscose]] nelle [[soluzione colloidale|soluzioni colloidali]], nel 1948 lo teorizzò in base a considerazioni di meccanica quantistica.

Dai calcoli la forza risulta essere

:<math> F = \frac {\pi h c}{480 D^4}A </math>

dove '''A''' è l'area delle lastre, '''D''' la distanza tra esse, ''h'' la [[costante di Planck]] e ''c'' la [[velocità della luce]].

== Basi teoriche ==

Per lastre di un metro quadro, separate di un micron, la forza risulta di

Nella formulazione originaria, Casimir calcolò l'effetto per due lastre metalliche piane parallele distanti tra loro pochi [[micron]], tra cui era stato creato il vuoto e non soggette ad alcun campo elettromagnetico. La teoria prevede che solo le particelle virtuali la cui [[lunghezza d'onda]] sia un sottomultiplo intero della distanza tra le lastre contribuiscano all'energia del vuoto tra esse. Potendo esistere tra le piastre solo determinate particelle, l'interazione con le pareti dell'apparato provoca una spinta inferiore a quella generata dalle particelle libere che si trovano all'esterno. Il risultato è una forza netta che tende a spingere le lastre una contro l'altra e che può essere misurata.

:<math> F = \frac {3,1415927 \times 6,6 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^{8}}{480 \times 10 ^{-24}}1</math>

ossia 0,13 milliNewton.

==Formulazione matematica==

== Vedi anche ==

La forza di Casimir per unità di superficie (<math>F_c / A</math>), nel caso ideale di piastre metalliche perfettamente conduttive tra cui sia stato creato il vuoto, è calcolata come:

*[[Energia oscura]]

:<math>{F_c \over A} = -

== Link esterni ==

\frac{d}{da} \frac{\langle E \rangle}{A} =

*[http://www.quantumfields.com/aip98.pdf Ruolo dell'E.C. nella deformazione delle membrane nei sistemi elettronici miniaturizzati] ([[lingua inglese|in inglese]])

-\frac {\hbar c \pi^2} {240 a^4} = -\frac {h c \pi}{480 a^4}</math>

dove:

[[Categoria:Meccanica quantistica|Effetto Casimir]]

:<math>\hbar = \frac{h}{2\pi}</math> è la [[costante di Planck|costante ridotta di Planck]],

[[de:Casimir-Effekt]]

:<math>\langle E \rangle</math> è il valore di aspettazione nel vuoto dell'energia del campo elettromagnetico nella cavità,

[[en:Casimir effect]]

:<math>h</math> è la [[costante di Planck]],

[[fr:Effet Casimir]]

:<math>c</math> è la [[velocità della luce]],

[[ja:カシミール効果]]

:<math>a</math> è la [[distanza (matematica)|distanza]] tra le due piastre,

[[nl:Casimir-effect]]

:<math>A</math> è l'[[area]] delle piastre.

[[pl:Efekt Casimira]]

[[sl:Casimirjev pojav]]

Il valore della forza è negativo e indica che la sua natura è attrattiva: infatti la [[densità di energia]] decresce avvicinando le lastre.

Per esempio, nel caso di lastre poste alla distanza di 1&nbsp;[[micron]] (µm), la forza per unità di superficie risultante è di {{M|0,0013|ul=N/m2}}. La presenza di <math>\hbar</math> mostra quanto piccola sia <math>F_c / A</math> e testimonia l'origine quanto-meccanica della forza.

== Verifica sperimentale ==

Una delle prime verifiche fu quella condotta nel 1958 presso il [[Philips Natuurkundig Laboratorium]] della [[Philips]] a [[Eindhoven]] da Marcus Sparnaay, che cercò di misurare l'attrazione tra due piastre parallele. I risultati ottenuti, seppur viziati da consistenti errori sperimentali, non contraddicono la teoria di Casimir.<ref>{{Cita pubblicazione|autore=M. J. Sparnaay|data=1957-08|titolo=Attractive Forces between Flat Plates|rivista=Nature|volume=180|numero=4581|pp=334-335|lingua=en|accesso=2020-04-21|doi=10.1038/180334b0|url=https://www.nature.com/articles/180334b0}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|autore=M. J. Sparnaay|data=1958-01-01|titolo=Measurements of attractive forces between flat plates|rivista=Physica|volume=24|numero=6|pp=751-764|lingua=en|accesso=2020-04-21|doi=10.1016/S0031-8914(58)80090-7|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031891458800907}}</ref>

L'effetto Casimir fu dimostrato sperimentalmente nel 1997 da Steven Lamoreaux che, all'[[Università di Washington]] a [[Seattle]], misurò la forza d'attrazione tra una sfera e una piastra separate da distanze comprese tra 0,6&nbsp;µm e 6&nbsp;µm.<ref>{{Cita pubblicazione|autore=S. K. Lamoreaux|anno=1997|titolo=Demonstration of the Casimir Force in the 0.6 to 6 µm Range|rivista=Phys. Rev. Lett.|volume=78|numero=n. 5–8|url=https://link.aps.org/abstract/PRL/v78/p5}}</ref> Nello stesso anno, sulla scia del successo ottenuto da Lamoreaux, Umar Mohideen e Anushree Roy dell'[[Università della California]] condussero un analogo esperimento su distanze comprese tra 0,1 e 0,9&nbsp;µm.<ref>{{Cita pubblicazione|autore=U. Mohideen|data=1998-11-23|titolo=Precision Measurement of the Casimir Force from 0.1 to 0.9 µm|rivista=Physical Review Letters|volume=81|numero=21|pp=4549-4552|accesso=2020-04-21|doi=10.1103/PhysRevLett.81.4549|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.81.4549|nome2=Anushree|cognome2=Roy}}</ref> Al posto di due piastre parallele, che richiedevano un difficile allineamento estremamente preciso per assicurare il parallelismo, gli sperimentatori statunitensi utilizzarono una piastra piana e una piastra sferica di raggio molto ampio.

La prima misura con la configurazione originaria delle due piastre parallele proposta da Casimir fu condotta solo nel 2002 da un gruppo di ricercatori dell'[[Università di Padova]] (Giacomo Bressi, Giovanni Carugno, Roberto Onofrio e Giuseppe Ruoso), che ottennero un allineamento delle piastre con precisione submicrometrica tramite l'ausilio di microrisonatori.<ref>{{cita pubblicazione

|url=https://prola.aps.org/abstract/PRL/v88/i4/e041804

|autore=G. Bressi, G. Carugno, R. Onofrio, G. Ruoso

|anno=2002

|rivista=Phys. Rev. Lett.

|volume=88

|numero=4

|p=041804

|titolo=Measurement of the Casimir Force between Parallel Metallic Surfaces

|doi=10.1103/PhysRevLett.88.041804

|editore=Am Phys Soc

|accesso=6 ottobre 2022

|urlarchivio=https://archive.is/20130414010342/http://prl.aps.org/abstract/PRL/v88/i4/e041804

|dataarchivio=14 aprile 2013

}}</ref>

Il gruppo di ricerca dell'[[Università della California]] guidato da Xiang Zhang ha dimostrato che sfruttando questo fenomeno quantistico si riesce a trasferire calore attraverso uno spazio completamente vuoto.<ref>{{Cita pubblicazione|autore=K.Y. Fong, H. Li, R. Zhao, et al.|anno=2019|titolo=Phonon heat transfer across a vacuum through quantum fluctuations|rivista=Nature|volume=|numero=576|pp=243-247|doi=10.1038/s41586-019-1800-4}}</ref>

==Note==

<references/>

== Bibliografia ==

* {{fr}} Bertrand Duplantier, ''Introduction à l'effet Casimir'', séminaire Poincaré (Paris, 9 mars 2002), publié dans: Bertrand Duplantier et Vincent Rivasseau (Eds.) ; ''Poincaré Seminar 2002'', Progress in Mathematical Physics 30, Birkhäuser (2003), ISBN 3-7643-0579-7. {{pdf}}[http://www.bourbaphy.fr/duplantier.pdf lire en ligne].

* {{fr}} [[Roger Balian]], ''Effet Casimir et géométrie'', séminaire Poincaré (Paris, 9 mars 2002), publié dans: Bertrand Duplantier et Vincent Rivasseau (Eds.) ; ''Poincaré Seminar 2002'', Progress in Mathematical Physics 30, Birkhäuser (2003), ISBN 3-7643-0579-7. {{pdf}}[http://www.bourbaphy.fr/balian.pdf lire en ligne].

* {{fr}} Astrid Lambrecht & Serge Reynaud, ''Recent experiments on the Casimir effect: description and analysis'', séminaire Poincaré (Paris, 9 mars 2002), publié dans: Bertrand Duplantier et Vincent Rivasseau (Eds.) ; ''Poincaré Seminar 2002'', Progress in Mathematical Physics 30, Birkhäuser (2003), ISBN 3-7643-0579-7. {{pdf}} [http://www.bourbaphy.fr/reynaud.pdf lire en ligne].

== Voci correlate ==

#*[[Energia del vuoto]]}}

*[[Velocità superluminale]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto}}

== LinkCollegamenti esterni ==

*{{cita web|url=http://scienzapertutti.lnf.infn.it./chiedi-allesperto/tutte-le-risposte/519-26-cosa-e-leffetto-casimir|titolo=Effetto Casimir in ScienzaPerTutti}}

*[{{cita web|1=http://www.quantumfields.com/aip98.pdf |2=Ruolo dell'E.C. nella deformazione delle membrane nei sistemi elettronici miniaturizzati] ([[|lingua=en|accesso=3 ingleseagosto 2004|indataarchivio=13 inglese]])marzo 2006|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20060313160304/http://www.quantumfields.com/aip98.pdf|urlmorto=sì}}

{{meccanicaMeccanica quantistica}}

{{Controllo di autorità}}

{{portale|fisica|quantistica}}

[[Categoria:Meccanica quantistica|Effetto Casimir]]