1932

Abstract

The Casimir force provides a striking example of the effects of quantum fluctuations in a mesoscopic system. Because it arises from the objects’ electromagnetic response, the necessary calculations in quantum field theory are most naturally expressed in terms of electromagnetic scattering from each object. In this review, we illustrate a variety of such techniques, with a focus on those that can be expressed in terms of surface effects, including both idealized boundary conditions and their physical realization in terms of material properties.

Loading

Article metrics loading...

/content/journals/10.1146/annurev-nucl-111119-012402
2022-09-26
2024-05-05
Loading full text...

Full text loading...

/deliver/fulltext/nucl/72/1/annurev-nucl-111119-012402.html?itemId=/content/journals/10.1146/annurev-nucl-111119-012402&mimeType=html&fmt=ahah

Literature Cited

  1. 1. 
    Casimir HBG. Proc. K. Ned. Akad. Wet. 51:793 1948.)
  2. 2. 
    Lamoreaux SK. Phys. Rev. Lett. 78:5 1997.)
  3. 3. 
    Mohideen U, Roy A. Phys. Rev. Lett. 81:4549 1998.)
  4. 4. 
    Roy A, Lin CY, Mohideen U. Phys. Rev. D 60:111101 1999.)
  5. 5. 
    Ederth T. Phys. Rev. A 62:062104 2000.)
  6. 6. 
    Chan HB et al. Science 291:1941 2001.)
  7. 7. 
    Chen F, Mohideen U, Klimchitskaya GL, Mostepanenko VM. Phys. Rev. Lett. 88:101801 2002.)
  8. 8. 
    Bressi B, Carugno G, Onofrio R, Ruoso G. Phys. Rev. Lett. 88:041804 2002.)
  9. 9. 
    Druzhinina V, DeKieviet M. Phys. Rev. Lett. 91:193202 2003.)
  10. 10. 
    Harber DM, Obrecht JM, McGuirk JM, Cornell EA. Phys. Rev. A 72:033610 2005.)
  11. 11. 
    Chen F, Klimchitskaya GL, Mostepanenko VM, Mohideen U. Phys. Rev. Lett. 97:170402 2006.)
  12. 12. 
    Krause DE, Decca RS, López D, Fischbach E. Phys. Rev. Lett. 98:050403 2007.)
  13. 13. 
    Decca RS et al. Phys. Rev. D 75:077101 2007.)
  14. 14. 
    Chen F, Klimchitskaya GL, Mostepanenko VM, Mohideen U. Phys. Rev. B 76:035338 2007.)
  15. 15. 
    Munday JN, Capasso F. Phys. Rev. A 75:060102(R) 2007.)
  16. 16. 
    Chan HB et al. Phys. Rev. Lett. 101:030401 2008.)
  17. 17. 
    Kim WJ et al. Phys. Rev. A 78:020101(R) 2008.)
  18. 18. 
    Palasantzas G, van Zwol PJ, De Hosson JTM. Appl. Phys. Lett. 93:121912 2008.)
  19. 19. 
    Munday JN, Capasso F, Parsegian VA. Nature 457:170 2009.)
  20. 20. 
    Bimonte G, López D, Decca RS. Phys. Rev. B 93:184434 2016.)
  21. 21. 
    Capasso F, Munday JN, Iannuzzi D, Chan HB IEEE J. Sel. Top. Quant. 13:400 2007.)
  22. 22. 
    Rahi SJ et al. Phys. Rev. D 80:085021 2009.)
  23. 23. 
    Jaffe RL. Phys. Rev. D 72:021301 2005.)
  24. 24. 
    Milton KA, Shajesh KV, Fulling SA, Parashar P. Phys. Rev. D 89:064027 2014.)
  25. 25. 
    Riess AG et al. Astron. J. 116:1009 1998.)
  26. 26. 
    Perlmutter S et al. Astrophys. J. 517:565 1999.)
  27. 27. 
    Weinberg S. Phys. Rev. Lett. 59:2607 1987.)
  28. 28. 
    Tsujikawa S. Class. Quantum Gravity 30:214003 2013.)
  29. 29. 
    Leonhardt U. Ann. Phys. 411:167973 2019.)
  30. 30. 
    Derjaguin B. Phys. Rev. D 69:1435 1934.)
  31. 31. 
    Parsegian VA. Van der Waals Forces: A Handbook for Biologists, Chemists, Engineers, and Physicists. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press 2005.)
  32. 32. 
    Lifshitz EM. Sov. Phys. JETP 2:73 1956.)
  33. 33. 
    Fosco CD, Lombardo FC, Mazzitelli FD. Phys. Rev. D 84:105031 2011.)
  34. 34. 
    Emig T, Hanke A, Golestanian R, Kardar M. Phys. Rev. Lett. 87:260402 2001.)
  35. 35. 
    Neto PAM, Lambrecht A, Reynaud S. Phys. Rev. A 72:012115 2005.)
  36. 36. 
    Bimonte G, Emig T, Jaffe RL, Kardar M. Europhys. Lett. 97:50001 2012.)
  37. 37. 
    Bimonte G, Emig T, Kardar M. Appl. Phys. Lett. 100:074110 2012.)
  38. 38. 
    Krüger M, Golyk VA, Bimonte G, Kardar M. Europhys. Lett. 104:41001 2013.)
  39. 39. 
    Teo LP. Phys. Rev. D 88:045019 2013.)
  40. 40. 
    Banishev AA et al. Phys. Rev. Lett. 110:250403 2013.)
  41. 41. 
    Voronovich A. Waves Random Media 4:337 1994.)
  42. 42. 
    Teo LP, Bordag M, Nikolaev V. Phys. Rev. D 84:125037 2011.)
  43. 43. 
    Bimonte G et al. Universe 7:93 2021.)
  44. 44. 
    Bimonte G. Phys. Rev. D 98:105004 2018.)
  45. 45. 
    Polder D, Van Hove M. Phys. Rev. B 4:3303 1971.)
  46. 46. 
    Golyk VA, Krüger M, McCauley AP, Kardar M. Europhys. Lett. 101:034002 2013.)
  47. 47. 
    Pendry JB. J. Phys. Condens. Matter 11:6621 1999.)
  48. 48. 
    Majumdar A. Annu. Rev. Mater. Sci. 29:505 1999.)
  49. 49. 
    Shen S, Narayanaswamy A, Chen G. Nano Lett. 9:2909 2009.)
  50. 50. 
    Rousseau E et al. Nat. Photonics 3:514 2009.)
  51. 51. 
    Krüger M, Emig T, Kardar M. Phys. Rev. Lett. 106:210404 2011.)
  52. 52. 
    Sasihithlu K, Narayanaswamy A. Phys. Rev. B 83:161406 2011.)
  53. 53. 
    Otey C, Fan S Phys. Rev. B 84:245431 2011.)
  54. 54. 
    Casimir HBG, Polder D. Phys. Rev. 73:360 1948.)
  55. 55. 
    Bimonte G, Emig T, Kardar M. Phys. Rev. D 90:081702 2014.)
  56. 56. 
    Bimonte G, Emig T, Jaffe RL, Kardar M. Phys. Rev. A 94:022509 2016.)
  57. 57. 
    Waterman PC. Proc. IEEE 53:805 1965.)
  58. 58. 
    Waterman PC. Phys. Rev. D 3:825 1971.)
  59. 59. 
    Kenneth O, Klich I. Phys. Rev. Lett. 97:160401 2006.)
  60. 60. 
    Kats EI. Sov. Phys. JETP 46:109 1977.)
  61. 61. 
    Jaekel MT, Reynaud S. J. Phys. I 1:1395 1991.)
  62. 62. 
    Genet C, Lambrecht A, Reynaud S. Phys. Rev. A 67:043811 2003.)
  63. 63. 
    Lambrecht A, Maia Neto PA, Reynaud S. New J. Phys. 8:243 2006.)
  64. 64. 
    Balian R, Duplantier B. Ann. Phys. N. Y. 104:300 1977.)
  65. 65. 
    Balian R, Duplantier B. Ann. Phys. N. Y. 112:165 1978.)
  66. 66. 
    Krein MG. Mat. Sborn. 33:597 1953.)
  67. 67. 
    Krein MG. Sov. Math. Dokl. 3:707 1962.)
  68. 68. 
    Birman MS, Krein MG. Sov. Math. Dokl. 3:740 1962.)
  69. 69. 
    Henseler M, Wirzba A, Guhr T. Ann. Phys. N. Y. 258:286 1997.)
  70. 70. 
    Wirzba A. Phys. Rep. 309:1 1999.)
  71. 71. 
    Bulgac A, Wirzba A. Phys. Rev. Lett. 87:120404 2001.)
  72. 72. 
    Bulgac A, Magierski P, Wirzba A. Phys. Rev. D 73:025007 2006.)
  73. 73. 
    Wirzba A. J. Phys. A 41:164003 2008.)
  74. 74. 
    Graham N, Quandt M, Weigel H. Spectral Methods in Quantum Field Theory. Berlin: Springer 2009.)
  75. 75. 
    Bordag M, Robaschik D, Wieczorek E. Ann. Phys. N. Y. 165:192 1985.)
  76. 76. 
    Robaschik D, Scharnhorst K, Wieczorek E. Ann. Phys. N. Y. 174:401 1987.)
  77. 77. 
    Li H, Kardar M. Phys. Rev. Lett. 67:3275 1991.)
  78. 78. 
    Li H, Kardar M. Phys. Rev. A 46:6490 1992.)
  79. 79. 
    Golestanian R, Kardar M. Phys. Rev. Lett. 78:3421 1997.)
  80. 80. 
    Golestanian R, Kardar M. Phys. Rev. A 58:1713 1998.)
  81. 81. 
    Emig T, Hanke A, Golestanian R, Kardar M. Phys. Rev. A 67:022114 2003.)
  82. 82. 
    Büscher R, Emig T. Phys. Rev. Lett. 94:133901 2005.)
  83. 83. 
    Langbein D. Theory of van der Waals Attraction. Berlin/Heidelberg: Springer 1974.)
  84. 84. 
    Emig T, Jaffe RL, Kardar M, Scardicchio A. Phys. Rev. Lett. 96:080403 2006.)
  85. 85. 
    Emig T, Graham N, Jaffe R, Kardar M. Phys. Rev. Lett. 99:170403 2007.)
  86. 86. 
    Emig T. J. Stat. Mech. 0804:P04007 2008.)
  87. 87. 
    Emig T, Graham N, Jaffe R, Kardar M. Phys. Rev. D 77:025005 2008.)
  88. 88. 
    Maghrebi MF. Phys. Rev. D 83:045004 2011.)
  89. 89. 
    Rahi SJ, Kardar M, Emig T. Phys. Rev. Lett. 105:070404 2010.)
  90. 90. 
    Kenneth O, Klich I. Phys. Rev. B 78:014103 2008.)
  91. 91. 
    Rahi SJ, Emig T, Jaffe RL, Kardar M. Phys. Rev. A 78:012104 2008.)
  92. 92. 
    Teo LP. Phys. Rev. D 87:045021 2013.)
  93. 93. 
    Maia Neto PA, Lambrecht A, Reynaud S Phys. Rev. A 78:012115 2008.)
  94. 94. 
    Canaguier-Durand A et al. Phys. Rev. Lett. 102:230404 2009.)
  95. 95. 
    Graham N. Phys. Rev. D 87:105004 2013.)
  96. 96. 
    Graham N et al. Phys. Rev. D 81:061701 2010.)
  97. 97. 
    Emig T, Graham N, Jaffe RL, Kardar M. Phys. Rev. A 79:054901 2009.)
  98. 98. 
    Maghrebi MF et al. PNAS 108:6867 2011.)
  99. 99. 
    Kabat D, Karabali D, Nair VP. Phys. Rev. D 81:125013 2010.)
  100. 100. 
    Maghrebi MF, Jaffe RL, Abravanel R. Phys. Rev. D 84:061701 2011.)
  101. 101. 
    Gies H, Langfeld K, Moyaerts L. J. High Energy Phys. 0306:018 2003.)
  102. 102. 
    Meixner J. Z. Naturforsch. 3:506 1948.)
  103. 103. 
    Emig T, Graham N. Phys. Rev. A 94:032509 2016.)
  104. 104. 
    Graham N et al. Phys. Rev. D 83:125007 2011.)
  105. 105. 
    Maghrebi MF, Graham N. Europhys. Lett. 95:14001 2011.)
  106. 106. 
    Blose EN, Ghimire B, Graham N, Stratton-Smith J. Phys. Rev. A 91:012501 2015.)
  107. 107. 
    Bateman H. Trans. Am. Math. Soc. 33:817 1931.)
  108. 108. 
    Casimir HBG. Physica XIX:846 1953.)
  109. 109. 
    Boyer TH. Phys. Rev. 174:1764 1968.)
  110. 110. 
    Milton KA, DeRaad LL Jr., Schwinger JS. Ann. Phys. 115:388 1978.)
  111. 111. 
    Milton KA. The Casimir Effect: Physical Manifestations of Zero-Point Energy. Singapore: World Sci 2001.)
  112. 112. 
    Abalo EK, Milton KA, Kaplan L. J. Phys. A 45:425401 2012.)
  113. 113. 
    Kolomeisky EB, Straley JP, Langsjoen LS, Zaidi H. J. Phys. A 43:385402 2010.)
  114. 114. 
    Cavalcanti RM. Phys. Rev. D 69: 065015 2004.)
    [Google Scholar]
  115. 115. 
    Hertzberg MP, Jaffe RL, Kardar M, Scardicchio A. Phys. Rev. Lett. 95:250402 2005.)
  116. 116. 
    Jaffe RL, Scardicchio A. Phys. Rev. Lett. 92:070402 2004.)
  117. 117. 
    Graham N, Quandt M, Weigel H. Phys. Lett. B 726:846 2013.)
  118. 118. 
    Bordag M, Khusnutdinov N. Phys. Rev. D 77:085026 2008.)
  119. 119. 
    Barton G. J. Phys. A 37:1011 2001.)
  120. 120. 
    Leonhardt U, Simpson WMR. Phys. Rev. D 84:081701 2011.)
  121. 121. 
    Deutsch D, Candelas P. Phys. Rev. D 20:3063 1979.)
  122. 122. 
    Candelas P. Ann. Phys. 143:241 1982.)
  123. 123. 
    Symanzik K. Nucl. Phys. B 190:1 1981.)
  124. 124. 
    Graham N et al. Phys. Lett. B 572:196 2003.)
  125. 125. 
    Graham N et al. Nucl. Phys. B 645:49 2002.)
  126. 126. 
    Graham N et al. Nucl. Phys. B 677:379 2004.)
  127. 127. 
    Schaden M, Spruch L. Phys. Rev. A 58:935 1998.)
  128. 128. 
    Reid MTH, Rodriguez AW, White J, Johnson SG. Phys. Rev. Lett. 103::040401 ( 2009.)
  129. 129. 
    Reid MTH, White J, Johnson SG. Phys. Rev. A 88:022514 2013.)
  130. 130. 
    Bimonte G, Emig T. Universe 7:225 2021.)
  131. 131. 
    Harrington R. Time-Harmonic Electromagnetic Fields. New York: Wiley 2001.)
  132. 132. 
    Agarwal GS. Phys. Rev. A 11:230 1975.)
  133. 133. 
    Brevik I, Ellingsen SA, Milton KA. New J. Phys. 8:236 2006.)
  134. 134. 
    Klimchitskaya GL, Mostepanenko VM. Contemp. Phys. 47:131 2006.)
  135. 135. 
    Canaguier-Durand A, Neto PAM, Lambrecht A, Reynaud S. Phys. Rev. Lett. 104:040403 2010.)
  136. 136. 
    Bimonte G. Phys. Rev. Lett. 112:240401 2014.)
  137. 137. 
    Bordag M, Klimchitskaya GL, Mohideen U, Mostepanenko VM. Advances in the Casimir Effect Oxford, UK: Oxford Univ. Press 2009.)
  138. 138. 
    Boström M, Sernelius BE. Phys. Rev. Lett. 84:4757 2000.)
  139. 139. 
    Høye JS, Brevik I, Aarseth JB, Milton KA. Phys. Rev. E 67:056116 2003.)
  140. 140. 
    Bimonte G. Phys. Rev. A 78:062101 2008.)
  141. 141. 
    Zandi R, Emig T, Mohideen U. Phys. Rev. B 81:195423 2010.)
  142. 142. 
    Abrikosov AA, Gorkov LP, Dzyaloshinski IE. Methods of Quantum Field Theory in Statistical Physics. New York: Dover 1975.)
  143. 143. 
    Landau LD, Lifshitz EM. Statistical Physics Part 1 , Vol. 5 Course of Theoretical Physics Oxford, UK: Pergamon 1980.)
  144. 144. 
    Bezerra VB, Klimchitskaya GL, Mostepanenko VM. Phys. Rev. A 65:052113 2002.)
  145. 145. 
    Mostepanenko VM. Universe 7:84 2021.)
  146. 146. 
    Sushkov AO, Kim WJ, Dalvit DAR, Lamoreaux SK. Nat. Phys. 7:230 2011.)
  147. 147. 
    Banishev AA, Klimchitskaya GL, Mostepanenko VM, Mohideen U. Phys. Rev. Lett. 110:137401 2013.)
  148. 148. 
    Yannopapas V, Tzavala M, Tsetseris L. Phys. Rev. B 88:155413 2013.)
  149. 149. 
    Castillo-Garza R et al. Phys. Rev. B 88:075402 2013.)
  150. 150. 
    Behunin RO et al. Phys. Rev. A 90:062115 2014.)
  151. 151. 
    Geyer B, Klimchitskaya GL, Mostepanenko VM. Phys. Rev. A 67:062102 2003.)
  152. 152. 
    Cherman A, Cohen TD, Dulaney TR, Lynch EM. Phys. Rev. D 72:094015 2005.)
/content/journals/10.1146/annurev-nucl-111119-012402
Loading
/content/journals/10.1146/annurev-nucl-111119-012402
Loading

Data & Media loading...

  • Article Type: Review Article
This is a required field
Please enter a valid email address
Approval was a Success
Invalid data
An Error Occurred
Approval was partially successful, following selected items could not be processed due to error