Cercetătorii au descoperit o forță Casimir neaşteptată care acționează lateral asupra nanoparticulelor în vid.

Efectul CasimirEfectul Casimir. Credit: agsandrew/Shutterstock.com

Din fizica cuantică ştim că „vidul“, așa cum ne gândim în mod obişnuit la el, nu există şi că acesta conţine de fapt fluctuaţii electromagnetice.

O nouă cercetare prezintă modul cum se exercită forțe asupra nanoparticulelor aflate în vid, ceea ce dovedeşte că suntem abia la început privind înțelegerea forțelor ciudate care acţionează la cel mai mic nivel al lumii materiale.

Cum poate transmite vidul o forță asupra nanoparticulelor?

Unul dintre primele lucruri pe care le învățăm în fizica clasică este că într-un vid perfect, adică într-un loc lipsit în totalitate de materie, nu există frecare, deoarece spațiul gol nu poate exercita o forță asupra obiectelor care se deplasează prin el.

Pe de altă parte, din fizica cuantică ştim că vidul este plin cu mici fluctuații electromagnetice care pot interacţiona cu fotonii, particulele radiaţiei electromagnetice, ceea ce generează o forță măsurabilă asupra obiectelor.

Acesta este efectul Casimir, care a fost prezis de fizicieni încă din anul 1948, iar un nou studiu a arătat că acest efect este chiar mai puternic decât şi-au imaginat iniţial fizicienii.

„Toate aceste studii sunt importante pentru că în prezent dezvoltăm nanotehnologii unde aceste forțe se pot manifesta în mod preponderent“.

„Noi știm că există aceste forțe Casimir şi încercăm să înțelegem impactul global pe care îl au asupra particulelor foarte mici“, a declarat cercetătorul Alejandro Manjavacas de la University of New Mexico din SUA.

Pentru a înţelege cum acţionează forțele Casimir asupra nanoparticulelor, cercetătorii au studiat ce se întâmplă cu nanoparticulele care se rotesc în apropiere de o suprafață plană în vid. Ei au descoperit că, datorită efectului Casimir, nanoparticulele sunt împinse lateral, chiar dacă acestea nu ating suprafaţa deasupra căreia se rotesc.

Imaginaţi-vă că aveți o mică sferă care se roteşte deasupra unei suprafeţe care este în mod constant bombardată cu fotoni. În timp ce fotonii încetinesc rotația sferei, aceştia provoacă, de asemenea, deplasarea sferei într-o direcție laterală.

Forța Casimir ce acționează lateral asupra nanoparticulelor în vidForţa Casimir ce acţionează lateral asupra nanoparticulelor în vid. Credit: University of New Mexico

Conform fizicii clasice, ar trebui să existe frecare între sferă și suprafață pentru ca sfera să se deplaseze în lateral, dar în lumea cuantică se manifestă fenomene neaşteptate, astfel încât sfera se poate deplasa în lateral deşi nu atinge suprafaţa.

„Asupra nanoparticulelor s-au exercitat forțe laterale ca și cum acestea ar fi fost în contact cu suprafața. Este un efect ciudat, dar care ar putea avea o importanţă deosebită pentru ingineri”, a declarat Manjavacas.

Descoperirea fizicienilor ar putea fi importantă în nanotehnologie. Cercetătorii au arătat că se poate controla direcția forței Casimir prin modificarea distanței dintre particule și suprafață, ceea ce i-ar putea ajuta pe inginerii și cercetătorii care caută modalități mai bune de a manipula materia la scara nanometrică.

Descoperirea fizicienilor din cadrul University of New Mexico trebuie să fie confirmată şi de alte echipe de cercetători. Faptul că acum avem dovada existenţei unei noi forţe Casimir care ar putea fi folosită pentru a controla mişcarea nanoparticulelor în vid sugerează că suntem cu un pas mai aproape de înţelegerea forţelor ciudate care acţionează în lumea cuantică.

Studiul a fost publicat în revista Physical Review Letters.

Sursă: Science Alert