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http://hdl.handle.net/11422/29363
| Type: | Tese |
| Title: | On the Casimir interaction between objects immersed in salted water |
| Author(s)/Inventor(s): | Inácio, Larissa Maria Pereira |
| Advisor: | Rosa, Felipe Siqueira de Souza da |
| Co-advisor: | Maia Neto, Paulo Américo |
| Abstract: | A eletrodinâmica quântica tem diversos focos de estudo, desde as altas energias dos grandes aceleradores de partículas até as baixas energias naquelas em que os efeitos da existência do vácuo quântico se tornam mais relevantes. Apesar de sua natureza microscópica, os efeitos dessas interações surgem no nosso dia a dia, sendo parcialmente responsáveis por lagartixas se prenderem na parede e gases nobres se condensarem. O interesse acerca da força de Casimir, que em curtas distâncias é conhecida como van der Waals, surge no século passado em meio a estudos de efeitos de forças dispersivas em colóides. Começamos discutindo brevemente as motivações para o estudo das forças dispersivas que perdura por tanto tempo e continua sendo interessante. Em seguida, apresentamos o contexto do nosso trabalho: objetos interagindo em água em que podemos controlar a quantidade de íons dissolvidos – com uma cuidadosa adição de sal – controlando assim também a blindagem da força eletrostática. As geometrias nas quais estudamos o efeito da injeção de sal são interessantes para medidas no laboratório. A própria pergunta “Como podemos alterar a interação de Casimir através da adição de sal?” se torna então o foco dessa pesquisa. A introdução de íons na água faz com que uma corrente possa se propagar, o que, por sua vez, permite a propagação de ondas longitudinais do campo eletromagnético. Dessa forma, devemos levar em conta o espalhamento dessas ondas na interação de Casimir. Nessa tese discutimos em detalhes como tal contribuição longitudinal altera a interação de Casimir para o sistema de (i) dois planos interagentes, e construímos o arcabouço teórico para (ii) duas esferas interagentes. Para a situação(i) destacamos que a adição de sal faz com que o paradigma Dzyaloshinskii-Lifshitz-Pitaevskii (DLP) de repulsão seja violado para frequência zero, encontrando uma contribuição não blindada atrativa dependendo apenas da distância entre os objetos. Além disso, caracterizamos um espaço de parâmetros para realização de experimentos, e derivamos analiticamente para diversas situações a energia de interação. Para a situação (ii) nos valemos de um método bem estabelecido, o Método de Espalhamento, e o sofisticamos para adicionar um canal de espalhamento longitudinal. Os resultados são analisados para o limite de esferas pequenas e o termo correspondente à frequência de Matsubara nula é destacadamente analisado. |
| Abstract: | The Quantum Electrodynamics has plenty of subjects of study, from high-energy physics of large particle accelerators to low-energy physics where the effects from quantum vacuum fields become more relevant. Although their microscopic nature, the effects from these interactions appear in our daily lives, being partially responsible for geckos sticking to walls, and the condensation of noble gases. The interest in Casimir forces, which for short distances are known as van der Waals forces, arose in the last century through studies of the effects of dispersive forces in colloids. We begin by briefly discussing the motivations for the study of dispersive forces, which has endured for so long and continues to be interesting. Then we present the context of our work: objects interacting in water in which we can control the amount of dissolved ions – with a careful addition of salt – thus also controlling the screening of the electrostatic force. The geometries in which we study the effect of salt injection are appealing for measurements in the laboratory. The very question ”How can we modify the Casimir interaction through adding salt?” becomes the focus of this research. The introduction of ions into water causes a current to propagate, which in turn allows the propagation of longitudinal waves of the electromagnetic field. Thus, we must take into account the scattering of these waves in the Casimir interaction. In this thesis, we discuss in detail how such a longitudinal contribution alters the Casimir interaction for the system of (i) two interacting planes, and we build the theoretical framework for (ii) two interacting spheres. For situation (i), we highlight that the addition of salt causes the Dzyaloshinskii- Lifshitz-Pitaevskii (DLP) repulsion paradigm to be violated at zero frequency, finding an attractive not screened contribution depending uniquely on the distance between the objects. In addition, we characterize a parameter space for performing experiments, and analytically derive the interaction energy for several situations. For situation (ii) we use a well-established method, the Scattering Method, and refine it to add a longitudinal scattering channel. The results are analyzed for the small-sphere limit, and the term corresponding to the zero Matsubara frequency is analyzed in particular. |
| Keywords: | Efeito Casimir Método de espalhamento Blindagem eletroestática Interação em água salgada Casimir effect Scattering method Electrostatic screening Interactions in salted water |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Física |
| Production unit: | Instituto de Física |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | 24-Mar-2025 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | eng |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Appears in Collections: | Física |
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