Der Casimir-Effekt

Astrid Karnassnigg Karl-Franzens-Universität Graz 19/05/2014

Das Vakuum kommt zu Kräften . . .

Grundbegriffe • Was ist das Vakuum?

▫ klassische Mechanik ▫ Quantenmechanik  • mittlere Energiedichte der Vakuumfluktuation:

E

 1 h  2 -> Problem der Vakuumkatastrophe

Das Vakuum kommt zu Kräften . . .

Das (Gedanken-)Experiment

Das Vakuum kommt zu Kräften . . .

Die Casimir-Kraft (1) • im freien Raum haben alle Wellenlängen des Vakuumfeldes dasselbe Gewicht -> Frequenzspektrum konstant • im Resonator: ▫ Spiegelabstand gibt charakteristische Länge vor ▫ resonante Wellen, deren halbes Vielfaches genau dem Spiegelabstand entsprechen, werden gegenüber nichtresonanten Wellen bevorzugt • ausschlaggebende physikalische Größe: Strahlungsdruck

Das Vakuum kommt zu Kräften . . .

Die Casimir-Kraft (2) • anziehende Komponenten überwiegen -> Casimir-Kraft für 2 planparallele Spiegel ist attraktiv • Casimir-Kraft:

F

 

A

h

c

 240

d

4 2 • wegen 1

d

4 - Abhängigkeit, Casimir-Kraft nur für  

Das Vakuum kommt zu Kräften . . .

Modell für kleine Spiegelabstände • Casimir-Kraft bei geringen Spiegelabständen schwächer: nicht mehr 1

d

4 ,sondern wie 1 

p d

3 • Lichtgeschwindigkeit muss nicht mehr berücksichtigt werden  • für zwei metallische Spiegel mit d=100nm -> Casimir Kraft ist nur mehr halb so groß, wie klassisch berechnet

Weitere Anwendungsgebiete

• Wirkung auf Mikro- und Nanostrukturen • Moderne Experimente • Neue theoretische Ansätze • Abweichung vom Gravitationsgesetz