Le forze ottiche di Bernoulli potrebbero guidare gli oggetti immersi nella luce, affermano i teorici

Se non hai mai sentito parlare delle forze di Bernoulli, le avrai sicuramente sperimentate. Queste sono le forze che tengono in alto gli aerei, che attirano carburante nel carburatore della tua auto e fanno sterzare le palline da tennis rotanti.

Prende il nome dallo scienziato svizzero del XVIII secolo Daniel Bernoulli che scoprì che un fluido che scorre ad alta velocità ha una pressione inferiore rispetto a uno che scorre a velocità inferiore. Quando la differenza di pressione si verifica sui lati opposti dello stesso oggetto come un'ala, sperimenta una forza che spinge l'ala dalla regione di alta pressione verso quella di bassa pressione.

Ciò solleva una domanda interessante. Gli oggetti che si trovano in un flusso non convenzionale simile a un fluido, come un raggio di luce, possono anche sperimentare le forze di Bernoulli? Oggi, Ramis Movassagh della Northeastern University di Boston e Steven Johnson del Massachusetts Institute of Technology di Cambridge, affermano di poter ed esplorare le condizioni in cui ciò potrebbe accadere.

Questi ragazzi iniziano la loro analisi immaginando un cilindro dielettrico rotante, come una bacchetta di vetro, immerso in un flusso di fotoni. In questa analogia, il flusso di fotoni è il fluido e la bacchetta di vetro è l'equivalente di una pallina da tennis rotante.

In una partita di tennis, una pallina rotante che si muove nell'aria devia perché la pressione su un lato è maggiore che sull'altro. Questo perché su un lato della palla rotante, la sua superficie si sta muovendo nel flusso d'aria ma si allontana dall'altro lato. Ciò provoca una differenza di pressione, proprio come prevede Bernoulli.

Movassagh e Johnson si chiedono se una simile differenza di pressione possa sorgere per un oggetto rotante in un raggio di luce. Concludono che lo fa ma solo se l'oggetto è fatto di un materiale dielettrico, come il vetro o la plastica.

In un dielettrico, un campo elettromagnetico esterno può penetrare a breve profondità nel materiale. Quando il materiale ruota, questa interazione genera una forza. Movassagh e Johnson calcolano che questa forza è nella stessa direzione della forza di Bernoulli quando la suscettività elettrica del materiale è positiva e nella direzione opposta quando la suscettività elettrica è negativa.

Un corollario interessante è che la forza è zero quando il materiale è un conduttore. Ciò ha senso. Poiché un conduttore perfetto non consente la penetrazione dei campi elettromagnetici, i campi non possono notare che sta ruotando o essere trascinati dalla materia in movimento, affermano Movassagh e Johnson.

C'è un avvertimento, tuttavia: questa nuova forza ottica di Bernoulli è minuscola. Tuttavia, sottolineano che dovrebbe essere possibile ingrandirlo sfruttando gli effetti di risonanza. Questo potrebbe essere fatto con sfere multistrato in grado di intrappolare la luce o utilizzando materiali in cui l'interazione con la luce è potenziata, ad esempio, dai plasmoni di superficie.

Nessuno ha mai visto la forza ottica di Bernoulli ma con questo tipo di ingrandimento potrebbe essere possibile vederla in laboratorio in un futuro relativamente prossimo.

L'unica domanda allora sarà per cosa potrebbero essere usate le forze ottiche di Bernoulli. Risposte per favore nella sezione commenti qui sotto.

Rif: arxiv.org/abs/1305.0317 : Forze di Bernoulli ottiche

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