ミクロン以下の距離で最も目立つカシミル効果は、マイクロエレクトロメカニカル（MEMS＝極小電動機械）システムに影響を及ぼすことができます。 　(a) のこのMEMS装置は、直径数マイクロメートルだけのねじれのロッドでつるされるポリシリコン・プレートから成ります。 　金属をかぶせられた紫の球が、プレートに接近するとき、2つの物体の間の引力のあるカシミル効果がプレートをロッド周辺で回転させます。 　(b)は、ポリシリコン・プレートを示す装置の電子顕微鏡写真です。 　(c)は、ロッドのクローズアップです。
Credit: Federico Capasso, Lucent Technologies

カシミル効果、何もない空間による力

Credit & Copyright: Umar Mohideen (U. California at Riverside)

画像の説明

この小さいボールは、宇宙が永遠に広がるという証拠を与えます。 　わずかに1ミリメートルの10分の1を超える大きさのボールは、何もない空間の吸引装置の中にエネルギー変動に応じてなめらかにプレートの方へ進みます。 　引きつける力はカシミル効果として知られていて、50年前マヨネーズのような流体が、非常にゆっくり動く理由を理解しようとしたその発見者の名をとって名づけられます。 　現在、証拠は、宇宙の中の大部分のエネルギー密度が、暗いエネルギーと呼ばれる未知の形態で蓄えています。 　暗いエネルギーの形態と起源については、ほとんど完全に未知ですけれども、カシミル効果に類似した真空変動に対して関連があるが、宇宙でどうも発生すると仮定されています。 　この巨大で不思議な暗いエネルギーは、重力で全ての物質をはね返すように見えて、それゆえに、たぶん宇宙が永遠に広がる原因になります。 　真空変動を理解することは、私たちの宇宙を理解することを改善するだけの調査の最前線でありませんし、また、マイクロ・メカニカル・マシンが、部品同士のくっつき合うことを止めるために利用されます。

今日の宇宙画像は、広大な宇宙と微小のミクロ世界に共通する力が働いていることを証明する画像です。 　何も無いように見られる宇宙の空間には、カシミル効果という引き付ける力が働いていて、真空変動と関連があるという仮説を紹介しているようです。 　そして、それはミクロの世界にもあり、理解し研究することで極小の部品同士が、くっつかない方法にも応用できるということのようです。 　ミクロの世界も宇宙の中にあるのですから当然のことで、逆にミクロの世界について理解し研究することが、広大な宇宙を理解し研究することにもつながります。 　2004年8月2日 　t.sasaki

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A Force from Empty Space: The Casimir Effect

Credit & Copyright: Umar Mohideen (U. California at Riverside)

Explanation

This tiny ball provides evidence that the universe will expand forever. Measuring slightly over one tenth of a millimeter, the ball moves toward a smooth plate in response to energy fluctuations in the vacuum of empty space. The attraction is known as the Casimir Effect, named for its discoverer, who, 50 years ago, was trying to understand why fluids like mayonnaise move so slowly. Today, evidence is accumulating that most of the energy density in the universe is in an unknown form dubbed dark energy. The form and genesis of dark energy is almost completely unknown, but postulated as related to vacuum fluctuations similar to the Casimir Effect but generated somehow by space itself. This vast and mysterious dark energy appears to gravitationally repel all matter and hence will likely cause the universe to expand forever. Understanding vacuum fluctuations is on the forefront of research not only to better understand our universe but also for stopping micro-mechanical machine parts from sticking together.

項目	宇宙論他
主題	宇宙論

　３Ｄ立体画像の付録です。交差法で立体的に見るには、左右の画像の中間(画像下の真ん中の黒点の上)に両目の焦点を合わせます。いわゆる、寄り目にします。平行法で立体的に見るには、左右のそれぞれの画像の下にある黒点の上の真ん中あたりに視線を持っていきます。このときには、両方の画像が、ぼんやりと見えるように画面をつき抜いてその先に焦点を当てるつもりで見ます。ほとんどを交差法にしています。平行法で見たい方は、画像をコピーして左右の画像を入れ替えてください。２００２年４月３０日ページに立体視の方法について掲載しています。

これは、カシミル効果を測定する実験の模式図です。 　原子顕微鏡の中で、金属元素化した球をカンチレバー（片方のテコ）の先端に固定しています。 　球をプレートの近くに持ってきたとき、魅力的なカシミル効果としてカンチレバーがたわむ原因になります。 　レーザーが、カンチレバーの上に当たって跳ね返り、反射された光を記録するフォト・ダイオードを使うことによってこの曲がりをモニターすることができます。 　下の模式図の電子マイクロ・グラフィックは、原子顕微鏡の三角形のカンチレバーの先端に付けられた金属元素化した球を示します。この模式図が、今日の画像として拡大されたものです。
	Credit: Umar Mohideen, University of California at Riverside

この実験は、お互いに正常な角度に置かれる2本の金のコーティングしたシリンダーの間で、カシミル効果を測ります。 　上部シリンダーは、圧電チューブを使って降ろされて、電圧が作用する形を変えます。 　バイモルフスプリングとして知られる電荷を生み出す圧電屈折センサーで、下部のシリンダーに取り付けられていて曲げられます。 　2本のシリンダーが一緒に近いときカシミル効果は、下部のシリンダーが上に引きつけられる原因になって、過程でスプリングを歪めます。 　直線的に可変置換変換器（LVDT）は、圧電性チューブの非線形拡大をモニターします。
	Credit: Federico Capasso, Lucent Technologies

	物理学者は、要求に応ずるために物質に手をいれることに世紀を費やしました。 　しかし、新しい実験は、何もない空間で巧みに処理しようとします。 　研究者は、振動しているプレートのナノメートル以内に小さい球を置きました。 　球とプレートの間の非常に小さい量子機械の引きつける力は、プレートの振動の回数を低下させて、チームは玉を動かすことで振動数を変えました。 　実験は、機械のシステムのいわゆるカシミル効果の結果の最初の測定でした。 　結果は、何もない空間を活用する構成要素のうちの1つとして微細な機械につながるかもしれません。 　カシミル効果は、量子電気力学（QED）による現象の実験の中心にあります。 　QEDは、全ての空間、つまり何もない空間でさえ、電磁振動の無限の数で満たされることを指し示します。
Credit & Copyright: American Physical Society
2つの充電してない金属表面が互いのナノメートル以内に持ってこられるとき、存続することができる振動の数に対する制限がそれらの間にあります。 　プレートの外の振動は、一緒にプレート−カシミル効果をあと押しする内側の圧力をつくります。 　チームは、小さい機械式発振器を制御するためにカシミル効果を働かせました。彼らは、交互の（AC）電界を充電してない金属的パドルに適用して、一定の回数と振幅で上下動にそれを引き起こしました。 　緻密な傾斜探測機を使って、彼らはそれからパドルの表面の方へ直径100μmの金メッキの球を降ろしました。 　球が表面の数百ナノメートル以内にに達したとき、チームはパドルの自然の振動数に変化を認めました。数ナノメートル球の高さを調節することによって、彼らは振幅と振動の回数を変えることができました。 　この仕事の重要性は、明らかに工学応用においてあります。 　カシミル効果は、マイクロメカニカルの構成部分がくっつき合う原因になる可能性があって、それがどのように発振器のような部品を動かすことと相互に作用するか理解することは重要です。 　エンジニアは、何もない空間が構成部分として使われるマイクロマシンを設計するために、カシミル効果の理解を使うことができることでしょう。 　たとえば、この原理を応用した発振器が、正確な位置センサーとして使われることができました。 　これらの量子電気力学的な効果を設計するたくさんの機会が、まだまだあります。

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