Forţa Casimir poate deplasa obiecte
Oamenii de știință pot folosi unele forțe destul de neobişnuite pentru a manipula obiecte.
De exemplu, pentru deplasarea unor obiecte mici există pensete acustice, care folosesc forța radiației acustice, dar şi pensete optice, realizate din lasere, care utilizează forța sau presiunea luminii.
Recent fizicienii au creat un dispozitiv pentru manipularea unor obiecte folosind forța … vidului.
Forţa vidului se referă la o forța atractivă, care apare între două suprafețe în vid, cunoscută sub numele de forța Casimir.
O nouă cercetare oferă o modalitate de a utiliza această forţă pentru manipularea unor obiecte fără contact și o metodă de măsură a intensităţii acesteia.
Implicațiile acestei cercetări se extind în mai multe domenii ale ştiinţei, de la chimie și astronomie (undele gravitaţionale) până la ceva la fel de fundamental și omniprezent precum metrologia, știința măsurării.
„Dacă putem măsura și controla forța Casimir asupra obiectelor, atunci înseamnă că avem capacitatea de a îmbunătăți sensibilitatea la această forță și să reducem frecările mecanice, ceea ce ar putea avea un impact major asupra științei și tehnologiei”, a explicat fizicianul Michael Tobar de la Universitatea din Australia de Vest.
Forța Casimir a fost prezisă, pentru prima dată, în anul 1948 de fizicianul teoretician olandez Hendrik Casimir și, în cele din urmă, a fost demonstrată în anul 1997 .
De atunci, forţa Casimir a generat mult interes în ceea ce priveşte modul cum ar putea fi folosită în alte domenii de cercetare.
Casimir a prezis că există o forță de atracție între două plăci metalice paralele aflate în vid, ca urmare a fluctuațiilor cuantice din câmpul electromagnetic.
„Pentru a înțelege efectul Casimir, trebuie să ne reamintim de ciudățeniile fizicii cuantice.
În realitate, nu există un vid perfect, deoarece chiar și în spațiul gol se deplasează radiaţii electromagnetice cu diferite lungimi de undă şi există particule virtuale cuantice ce apar şi dispar în permanenţă, creând fluctuaţii cuantice în spaţiu-timp.
Aceste fluctuații cuantice interacționează cu obiectele plasate în vid și sunt amplificate pe măsură ce temperatura crește, provocând o forță măsurabilă care apare ca din ”nimic” şi care este cunoscută și sub numele de forța Casimir”, a declarat Tobar.
Credit: Jake Art
Experimentul echipei de cercetători a avut loc la temperatura camerei.
Cercetătorii au folosit o mică carcasă metalică, de tip cavitate, care a fost concepută pentru a limita anumite tipuri de radiații electromagnetice (microunde).
Separat de această cavitate, printr-un interstiţiu de aproximativ un micrometru, s-a amplasat o membrană de nitrură de siliciu, placată cu metal, care acționează ca un arc Casimir.
Prin aplicarea unei forțe electrostatice, cercetătorii au reușit să controleze interstiţiul cu o precizie deosebită, ceea ce le-a permis să manipuleze membrana cu forța Casimir care a apărut atunci când interstiţiul a fost suficient de mic.
„Datorită forței Casimir dintre obiecte, oscilaţiile membranei metalice, care a flexat înainte și înapoi, s-au modificat semnificativ și au fost utilizate pentru a controla proprietățile membranei și a cavității într-un mod unic.
Astfel s-a reușit îmbunătățirea sensibilității cu mai multe ordine de mărime la forța Casimir și a capacităţii de a controla starea mecanică a membranei”, a declarat Tobar.
Prin controlul interstiţiului, cercetătorii au reuşit să măsoare forța Casimit. Pe măsură ce interstiţiul s-a mărit, forța Casimir a devenit mai slabă, până când nu a mai acționat asupra membranei.
Studiind modificările la nivelul membranei, cercetătorii pot efectua măsurători de înaltă precizie ale forței Casimir.
Aceasta este o modalitate nouă de a măsura forţa Casimir, alte metode folosind obiecte mici, aflate în mișcare rapidă, pentru a obţine, de asemenea, o forță exercitată de variațiile câmpurilor cuantice.
În alte studii, cercetătorii au folosit această forță într-un mod mai puțin precis, astfel încât anumite dispozitive mici din siliciu să păstreze o anumită distanță între ele.
„Tehnica prezentată aici are un potențial ridicat de a crea scheme și dispozitive suplimentare prin manipularea forței termice Casimir.
De exemplu, s-ar putea construi dispozitive programabile agile, „în situ”, concepute pentru a manipula structurile modale și pentru a reduce pierderile în rezonator, după cum este necesar la temperatura camerei.
De asemenea, s-ar putea dezvolta și controla oscilatoare mecanice topologice”, au scris cercetătorii în lucrarea lor.
Cercetarea a fost publicată în Nature Physics.
Sursă: Science Alert