NeoFronteras

Moléculas Casimir

Área: Física — domingo, 20 de diciembre de 2009

Proponen la creación de agregados de nanopartículas ligadas por fuerzas de Casimir que formarían una especie de “moléculas”.

Foto
Esquema de una suspensión de objetos separados según geometrías cerradas (a), repulsión Casimir contragravitatoria (b) y dispersión material producida por fuerzas de Casimir atractivas y repulsivas (c). Fuente: Alejandro Rodríguez y colaboradores.

El vacío no es la nada y tiene propiedades que pueden ejercer su influencia. Si en el vacío colocamos muy próximas dos placas metálicas aparece una fuerza que tiende a juntarlas, es el efecto Casimir.
El efecto Casimir es increíblemente misterioso. Propuesto por primera vez por Henrik Casimir en 1948 no fue medido experimentalmente con precisión hasta 1997. En realidad este efecto es minúsculo, si no lo fuera sería incluso concebible extraer energía del vacío. Es debido a que se estable una presión de radiación que fuerza a las placas a juntarse.
La fuerza que hace que las dos placas se vean atraídas en el efecto Casimir proviene de un efecto mecánico cuántico. El vacío en mecánica cuántica no es un espacio-tiempo vacío del todo. En él hay partículas virtuales, fluctuaciones del vacío, que se crean y destruyen en una fracción de segundo. Estas fluctuaciones pueden ser de naturaleza electromagnética y pueden interaccionar con las placas, tanto desde fuera de las placas como en el interior. El espacio comprendido entre las placas contiene pocas fluctuaciones electromagnéticas comparadas con el resto del espacio y éstas últimas consiguen empujar las placas debido a que la presión de radiación de las del interior es menor. En el lenguaje de la Física: no todos los modos de vibración están permitidos en el interior, y sólo las oscilaciones resonantes cuyos múltiplos longitud de onda encajan en la distancia interplaca sobreviven, suprimiéndose las frecuencias no resonantes.
Este efecto es la razón por la cual los componentes de las nanomáquinas se adhieran los unos a los otros, por lo que esta fuerza puede resultar un engorro si estamos trabajando con dispositivos nanomecánicos. De ahí que haya físicos que hayan prestado últimamente atención a este efecto, antes puramente académico.
Debido a estos estudios se descubrió que la fuerza Casimir también podía ser repulsiva si se usaba una combinación diferentes materiales y formas. De este modo se estudió otras geometrías distintas a las famosas placas, como la esférica. Incluso se ha intentado su estudio experimental.
Ahora, Alejandro Rodríguez y sus colaboradores del MIT proponen teóricamente que se podrían crear “moléculas” de nanopartículas ligadas por fuerza de Casimir. Según ellos se pueden formar agregados estables porque a distancias muy cortas esta fuerza ganaría sobre otras, que tenderían a disgregar las partículas.
Para poder conseguir una de “moléculas” hay que elegir con cuidado diferentes tamaños y materiales para la creación de las partículas que la formen. De este modo, se puede llegar a una configuración en la que las fuerzas de Casimir den como resultado una estructura estable.
Estos físicos, en su análisis, calculan el efecto de distintas combinaciones de losetas de silicio y dióxido de silicio, nanopartículas y una combinación de ambos tipos.
Uno de los casos más interesantes es el de nanoesferas teflón y silicio suspendidas en etanol. Según los autores si se escogen cuidadosamente los radios de las esferas puede conseguirse que leviten contra la gravedad sobre una placa infinita de oro. La fuerza se torna atractiva si la separación es de 100 nm o menor y repulsiva si es mayor.
Este tipo de cálculos no son sencillos de realizar porque las fuerzas de Casimir no son aditivas como las fueras convencionales. Si se considera más de una fuerza la complejidad del cálculo aumenta rápidamente, de ahí que se consideren objetos como placas infinitas.
Según los autores, hoy en día sería posible realizar este tipo de experimentos, aunque con cierta dificultad. Creen que el caso del agregado de nanopartículas de silicio-teflón sería un buen punto de partida para empezar con los experimentos.

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Fuentes y referencias:
Copia artículo original.
Logran medir un análogo clásico del efecto Casimir.
Efecto Casimir inverso produciría levitación.

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