27 september 2021

Kun je gravitonen detecteren met het Casimir-effect?

Credit: PhysRevLett.114.

In een recent artikel in Physical Review Letters is een nieuwe manier voorgesteld om naar gravitonen te zoeken. Dat is namelijk nogal lastig: volgens sommige wetenschappers heb je een detector ter grootte van Jupiter in een omloopbaan rondom een neutronenster nodig om überhaupt een graviton rechtstreeks waar te nemen.Gravitonen zijn trouwens de hypothetische overbrengers van het zwaartekrachtveld, maar dat wist je waarschijnlijk wel. Goed, maar hoe kun je ze dan waarnemen zonder apparaten op kosmische schaal te bouwen? Simpel: via het Casimir-effect. Maar wat is dat nou weer?Het Casimir-effect is een mooi voorbeeld van de absolute bizarheid en mafheid van kwantummechanica. Het effect is voor het eerst in 1940 voorgesteld door de Nederlander Hendrik Casimir als een consequentie van kwantumfluctuaties. Het idee is dat binnen de kwantum-elektrodynamica de lege ruimte helemaal niet leeg is, maar gevuld is met kwantumfluctuaties in het elektromagnetische veld.Deze fluctuaties zijn ontzettend klein en over het algemeen onmerkbaar. Maar aangezien ze elektromagnetisch zijn, kunnen ze wél beïnvloed worden door een nabij geleidend oppervlak. Als je dus twee geleidende platen parallel naast elkaar zet, zullen de fluctuaties gebonden zijn tussen de platen, maar niet buiten de platen. Als gevolg zijn er minder fluctuaties binnen de platen dan erbuiten. Dit zorgt voor een drukverschil, waardoor de platen elkaar gaan aantrekken.

Het Casimireffect. Credit: Emok / Wikipedia

Deze netto aantrekkingskracht als gevolg van golffluctuaties is minder verwonderlijk dan je zou denken: je kan dit effect zelfs waarnemen bij watergolven. Wat wél verwonderlijk is, is dat volgens het klassieke elektromagnetisme geen elektrisch veld zou moeten bestaan tussen de platen (die immers ongeladen zijn), waardoor er ook geen aantrekkingskracht zou moeten zijn. Toch hebben experimenten het bestaan van het Casimir-effect ontegenzeggelijk bevestigd. Dus hoewel de realiteit van het Casimir-effect onbetwist is, heeft de mafheid ervan tot veel discussie geleid. Het lijkt er namelijk op dat er energie uit het vacuüm gewonnen wordt, waardoor nulpuntsenergie-adepten het effect kapen als verklaring voor vrije-energie machines. Aangezien het energieniveau tussen de platen lager is dan de gemiddelde energie buiten de platen, wordt het Casimir-effect ook voorgesteld als een oplossing voor exotische natuurkunde, zoals wormgaten en warpmotoren. Helaas zadelt het effect de natuurkunde ook met een aantal problemen op. Als kwantumfluctuaties “echte” energie bevatten, dan moeten ze beïnvloed worden door de zwaartekracht en dat zou weer invloed moeten uitoefenen op de kosmologische constante – een mogelijke verklaring voor donkere energie. Volgens de kwantum-elektrodynamica zou deze constante een enorm hoge waarde moeten hebben, maar in werkelijkheid is deze waarde bijzonder klein.

We moeten echter het belang van het Casimir-effect niet overschatten. Het zorgt voor een aantal interessante vragen over kwantumzwaartekracht, maar z’n belangrijkste bijdrage is het aantonen dat ons begrip van elektromagnetisme op kwantumschaal behoorlijk goed klopt.Maar wat heeft dit alles nou met gravitonen te maken? Simpel, net zoals het Casimir-effect veroorzaakt wordt door elektromagnetische kwantumfluctuaties, zou je ook een vergelijkbaar effect moeten krijgen door gravitationele kwantumfluctuaties. Dit gravito-Casimir-effect is natuurlijk veel kleiner dan z’n elektro-broertje, maar zou nog altijd detecteerbaar kunnen zijn door gebruik te maken van supergeleidende platen.Veel wetenschappers twijfelen echter aan de kans op detectie, dus voorlopig blijft het bij een proefballonnetje. Het is echter de moeite waard om er een aantal experimenten aan te wijden, maar ik zou m’n geld niet inzetten op een positief resultaat. Bron: One Universe at a Time.

Comments

  1. rudiev zegt

    Hey Olaf,

    Er staat een foutje in de 1-na-laatste alinea:
    “Dit gravito-Casimir-effect is natuurlijk veel groter dan z’n elektro-broertje, ”
    Maar dit moet kleiner dan zijn. (The gravitational Casimir effect would just be much smaller.)

  2. Harry Keizer zegt

    Erg leuk artikel!

  3. Vanavond (straks): BBC2 (22:00h) Horizion, “the hunt for gravitational waves”

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.