Come costruire molecole di Casimir

L'effetto Casimir è una costante fonte di fascino per i fisici. L'effetto esiste a causa della natura quantistica del vuoto che è pieno di onde elettromagnetiche che entrano ed escono dall'esistenza.

Metti due piastre conduttrici parallele vicine tra loro in questo vuoto e le onde più grandi non possono adattarsi tra loro. Quindi le onde all'esterno spingono insieme i piatti. Questa è la famosa forza di Casimir che è stata misurata con precisione per la prima volta nel 1997.

Negli ultimi anni, tuttavia, i fisici hanno calcolato che la combinazione di vari materiali diversi in varie forme diverse dovrebbe generare forze repulsive (sebbene questa forza debba ancora essere misurata).

Oggi, Alejandro Rodriguez e compagni del Massachusetts Institute of Technology di Cambridge affermano che scegliendo con cura le nanoparticelle di diversi materiali e dimensioni, le forze attrattive e repulsive di Casimir dovrebbero portare a una configurazione stabile; una molecola di Casimir, si potrebbe dire.

In un'analisi impressionante, Rodriguez e compagni calcolano le forze di Casimir per combinazioni di lastre infinite fatte alternativamente di silicio e biossido di silicio, per nanoparticelle e per lastre e sfere alternate.

Ma la loro analisi più interessante è sulle forze tra Teflon e nanosfere di silicio immerse nell'etanolo. Scegliendo con cura i raggi di queste sfere è possibile sospenderle contro la forza di gravità sopra una lastra infinita. Si scopre che le forze tra le particelle sono repulsive a separazioni più vicine di 100 nm ma diventano attraenti all'aumentare della distanza.

Chiaramente, questa è una situazione affascinante in cui le sfere dovrebbero formare un cluster stabile e non in contatto. Inoltre, questo è un esperimento che potrebbe essere fatto in modo relativamente semplice oggi, a condizione che la dimensione delle nanoparticelle possa essere controllata con la precisione richiesta.

È roba eccitante, ma questi esperimenti saranno pieni di difficoltà. Il team del MIT riconosce che calcolare anche il segno della forza di Casimir in geometrie complesse è notoriamente complicato.

Ciò è in parte dovuto al fatto che le forze di Casimir non sono aggiuntive come le forze convenzionali. Quindi, quando si deve considerare più di una forza, la complessità dei calcoli aumenta rapidamente. (In questo caso, ci sono le forze repulsive e attrattive tra le sfere e la forza di sospensione sulla lastra infinita.)

Ecco perché non è possibile generalizzare facilmente ulteriormente l'effetto, magari per creare un intero foglio di nanoparticelle stabili. Non è noto se quel tipo di cristallo Casimir 2D stabile sia possibile.

Ma il team del MIT afferma che questa disposizione di nanoparticelle di silicio-teflon dovrebbe essere un buon punto di partenza per l'indagine sperimentale. Buona fortuna a loro!

Una domanda che il team non affronta in questo documento è per cosa potrebbero essere utili le molecole e i cristalli Casimir. Eventuali suggerimenti ricevuti con gratitudine.

Rif: arxiv.org/abs/0912.2243 : Dicluster di nanoparticelle non toccanti legati da forze di Casimir repulsive e attraenti

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