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Cómo construir moléculas de Casimir
El efecto Casimir es una fuente constante de fascinación para los físicos. El efecto existe debido a la naturaleza cuántica del vacío que está lleno de ondas electromagnéticas que entran y salen de la existencia.
Coloque dos placas conductoras paralelas juntas en este vacío y las ondas más grandes no pueden caber entre ellas. Entonces, las olas del exterior empujan las placas juntas. Esa es la famosa fuerza de Casimir que se midió con precisión por primera vez en 1997.
En los últimos años, sin embargo, los físicos han calculado que la combinación de varios materiales diferentes en varias formas diferentes debería generar fuerzas repulsivas (aunque esta fuerza aún no se ha medido).
Hoy, Alejandro Rodríguez y sus colegas del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge dicen que al elegir cuidadosamente nanopartículas de diferentes materiales y tamaños, las fuerzas atractivas y repulsivas de Casimir deberían conducir a una configuración estable; una molécula de Casimir, se podría decir.
En un análisis impresionante, Rodríguez y su equipo calculan las fuerzas de Casimir para combinaciones de losas infinitas hechas alternativamente de silicio y dióxido de silicio, para nanopartículas y para losas y esferas alternas.
Pero su análisis más interesante es sobre las fuerzas entre el teflón y las nanoesferas de silicio sumergidas en etanol. Al elegir cuidadosamente los radios de estas esferas, se puede suspender contra la fuerza de la gravedad sobre una losa infinita. Resulta que las fuerzas entre las partículas son repulsivas en separaciones inferiores a 100 nm, pero se vuelven atractivas a medida que aumenta la distancia.
Claramente, esta es una situación fascinante en la que las esferas deberían formar un diclúster estable y sin contacto. Es más, este es un experimento que podría realizarse con relativa facilidad en la actualidad, siempre que el tamaño de las nanopartículas se pueda controlar con la precisión requerida.
Eso es emocionante, pero estos experimentos estarán plagados de dificultades. El equipo del MIT reconoce que calcular incluso el signo de la fuerza de Casimir en geometrías complejas es muy complicado.
Eso se debe en parte a que las fuerzas de Casimir no son aditivas como las fuerzas convencionales. Entonces, cuando se debe considerar más de una fuerza, la complejidad de los cálculos aumenta rápidamente. (En este caso, existen las fuerzas de repulsión y atracción entre las esferas, así como la fuerza de suspensión sobre la losa infinita).
Por eso no es posible generalizar más fácilmente el efecto, tal vez para crear una hoja completa de nanopartículas estables. No se sabe si ese tipo de cristal Casimir 2D estable es posible.
Pero el equipo del MIT dice que esta disposición de nanopartículas de teflón y silicio debería ser un buen punto de partida para la investigación experimental. ¡Buena suerte para ellos!
Una cuestión que el equipo no aborda en este artículo es para qué podrían ser útiles las moléculas y los cristales de Casimir. Cualquier sugerencia recibida con gratitud.
Ref: arxiv.org/abs/0912.2243 : Diclusters de nanopartículas que no se tocan, unidos por las repulsivas y atractivas fuerzas de Casimir