马里兰大学的研究人员首次测量了一种40多年前就已预测到的效应，叫做卡西米尔扭矩。
当放在一个直径小于一微米的真空中，两块金属互相吸引。这就是卡西米尔效应。卡西米尔转矩(Casimir torque torque)——一种与之相关的现象，是由吸引材料的量子电磁效应引起的——推动材料旋转。由于卡西米尔转矩是一种非常微小的效应，因此一直难以对其进行研究。这个研究小组的成员来自纽约大学电子与计算机工程与物理学系，以及电子与应用物理研究所。他们建造了一个仪器来测量几十年来对这一现象的预测，并在12月20日出版的《自然》(Nature)杂志上发表了他们的研究结果。
“这是一种有趣的情况，行业使用某种东西是因为它有效，但其机制还没有得到很好的理解，”该研究的负责人杰里米·蒙迪(Jeremy Munday)说。例如，对于液晶显示器，我们知道如何制造扭曲的液晶，但我们并不知道它们为什么会扭曲。我们的研究证明卡西米尔转矩是液晶对准的关键部件。这是第一次量化卡西米尔效应的贡献，但并不是第一次证明它的贡献。
该装置将液晶放置在距离固体晶体仅数十纳米的地方。通过偏光显微镜，研究人员观察到液晶如何扭曲以匹配固体的晶体轴。
研究小组使用了液晶，因为它们对外力非常敏感，可以扭曲通过它们的光线。在显微镜下，每个成像像素是亮的还是暗的取决于液晶层的扭曲程度。在实验中，液晶层亮度的微弱变化使研究小组能够描述液晶的扭转和导致扭转的扭矩。
卡西米尔效应可以使纳米级零件移动，并可用于发明新的纳米级器件，如致动器或马达。
Munday说:“想想任何需要转矩或扭转的机器:传动轴、马达等等。”“卡西米尔的扭矩可以在纳米尺度上做到这一点。”
了解系统中卡西米尔扭力的大小也有助于研究人员理解由卡西米尔效应驱动的纳米级零件的运动。
研究小组测试了几种不同类型的固体来测量它们的卡西米尔扭矩，发现每种材料都有自己独特的卡西米尔扭矩特征。
这些测量设备是在UMD的Fab实验室中制造的，这是一个共享的用户设施和用于制造纳米级设备的洁净室工具。
在过去，研究人员还首次测量了一个排斥卡西米尔力和两个球之间的卡西米尔力。他们还做了一些预测，如果可以改进现有的测量技术，这些预测可以得到证实;据Munday报道，他们正在测试其他材料来控制和调整扭矩。
Munday是UMD A. James Clark工程学院电子与计算机工程的副教授，他的实验室位于UMD的电子与应用物理研究所，该研究所使其自然科学与工程学院之间的跨学科研究成为可能。
“这样的实验有助于我们更好地理解和控制量子真空。这就是所谓的“空空间的物理”，经过更深入的研究，它似乎并没有那么空，”约翰·吉拉斯皮(John Gillaspy)说。
“从传统意义上讲，真空实际上是空的——从定义上讲，它是没有任何东西的，”Gillaspy说。“但量子物理学预言，即使是人们能想象到的最空旷的空间，也充满了‘虚拟’粒子和场，纯空状态下的量子涨落会导致细微但非常真实的效应，这些效应可以被测量，甚至可以用来做一些原本不可能做到的事情。”宇宙中有许多复杂的东西，但对于一些最简单、最基本的现象仍有许多未解之谜——这项研究可能会帮助我们找到一些答案。
——文章发布于2018年12月19日
