Физики впервые экспериментально зафиксировали крутящий момент, возникающий между двумя близко расположенными телами с особыми оптическими свойствами. Этот феномен связан с эффектом Казимира, из-за которого два проводника притягиваются, но его еще труднее измерить.

Результаты опубликованы в журнале Nature.

В середине XX века физик Хендрик Казимир теоретически предсказал существование парадоксального на первый взгляд эффекта — притяжения между помещенными в вакуум проводниками, если они расположены на чрезвычайно близком расстоянии друг от друга. Это притяжение не имеет никакого отношения к гравитации, и представляет собой квантовое проявление электромагнетизма.

Сила между проводниками появляется, потому что из-за небольшого расстояния между ними помещается меньше возможных мод виртуальных частиц, в то время как с обратной стороны проводников на их количество ничто не влияет. В результате тела испытывают силу притяжения, связанную сугубо со свойствами квантового вакуума.

Физики уже научились измерять эту чрезвычайно малую силу экспериментально.

В новой работе физики измерили другой эффект, который, однако, приводит не к притяжению, а к кручению близких тел, если они оптически анизотропны, то есть по-разному пропускают свет в зависимости от направления. Его существование предсказали американские физики Адриан Парсегян и Джордж Вайсс в 1972 году на основе идеи Казимира.

Оказалось, что возникающий благодаря этому эффекту крутящий момент отвечает за давно используемые на практике технологии. Авторы использовали в экспериментах жидкие кристаллы, которые при вращении существенно меняют прозрачность, что позволяет точно измерить степень закрученности.

«Это интересная ситуация, когда промышленность давно использует что-то, потому что оно работает, хотя принцип функционирования мы понимаем не до конца, — говорит руководитель коллектива авторов Джереми Мандей из Мэрилендского университета в Колледж-Парке (США). — В случае жидкокристаллических дисплеев, например, мы знаем, как создать скрученные жидкие кристаллы, но мы не полностью понимаем, почему они скручиваются. Наше исследование доказывает, что кручение Казимира — это определяющий фактор для того, чтобы жидкие кристаллы выстраивались определенным образом. Мы впервые измерили вклад эффекта Казимира, но не первыми доказали его важность».

Ученые отмечают, что этот эффект можно использовать в любых наноразмерных устройствах, где нужно придать вращение каким-то их частям. В частности, его можно использовать в механических устройствах, таких как моторы. Теперь авторы хотят протестировать феномен в случае других веществ.