Effetto Casimir gigante previsto all'interno dei metamateriali

I metamateriali sono sostanze esotiche progettate per dirigere le onde elettromagnetiche in modi impossibili con le cose ordinarie. Una delle loro proprietà più interessanti è che possono piegare la luce in un modo che è matematicamente equivalente al modo in cui lo spaziotempo piega la luce.

Questa equivalenza formale significa che i metamateriali possono riprodurre in laboratorio l'esatto comportamento della luce, non solo nel nostro spaziotempo, ma in molti altri fino ad ora solo ipotizzati. Ciò consente ai fisici di utilizzare i metamateriali per simulare buchi neri, big bang e persino multiversi.

Oggi, Tian-Ming Zhao e Rong-Xin Miao dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina a Hefei usano questo tipo di pensiero per fare una previsione sorprendente sull'effetto Casimir all'interno di alcuni metamateriali.

L'effetto Casimir sorge perché il nostro vuoto è riempito da un vortice di onde che saltano dentro e fuori dall'esistenza alle più piccole scale. La conseguenza più nota di ciò è la ben nota forza di Casimir, che spinge insieme due piastre conduttrici poste vicine tra loro.

La spiegazione è che quando la distanza tra le placche è sufficientemente piccola, si possono escludere eventuali onde troppo grandi per adattarsi allo spazio vuoto. Poiché non c'è nulla tra le placche che si opponga all'effetto di queste onde, esse generano una forza che spinge le placche insieme.

Questa forza di Casimir opera su una scala minuscola, così piccola che è stata misurata per la prima volta solo nel 1997. Ma non è insignificante. A una distanza di 10 nm, la forza è equivalente a 1 atmosfera (sebbene la forza effettiva dipenda da vari fattori come la forma precisa degli oggetti nelle immediate vicinanze).

Naturalmente, le proprietà delle onde del vuoto dipendono fortemente dal mezzo in cui esistono. Quindi non è difficile immaginare che diversi spazio-tempo potrebbero avere un impatto significativo sulla dimensione dell'effetto Casimir.

Questo è esattamente ciò che mostrano Zhao e Miao. Dicono che in un particolare tipo di spazio elettromagnetico chiamato spazio di Rindler, l'effetto Casimir è enorme. L'idea essenziale qui è che lo spazio può essere progettato per consentire solo a determinate lunghezze d'onda di operare. Se le proprietà elettromagnetiche dello spazio di Rindler sono abbinate alla temperatura ambiente, allora questo tipo di onde termiche può dominare l'energia di Casimir.

Ciò rende enorme l'energia di Casimir. Zhao e Miao calcolano che in un laboratorio a 300K (temperatura ambiente), l'energia di Casimir sarebbe circa 10^11 volte maggiore del valore dello spazio libero. Questa è una differenza significativa che dovrebbe rendere questi effetti accessibili in un modo completamente nuovo a un pubblico molto più ampio.

Zhao e Miao dicono anche che questo tipo di materiale dovrebbe essere relativamente semplice da costruire, strato dopo strato.

Ciò significa che non passerà molto tempo prima che qualcuno costruisca questo tipo di materiale e mostri per la prima volta il gigantesco effetto Casimir. Staremo a guardare.

Rif: arxiv.org/abs/1110.1919 : Enorme effetto Casimir a temperatura finita nello spazio elettromagnetico di Rindler

nascondere