Los sistemas fuera del equilibrio termodinámico son muy comunes en la naturaleza. En los últimos años han atraído una atención cada vez mayor debido a su relevancia para la física fundamental así como para la nanotecnología moderna. En un esfuerzo de colaboración, el grupo de Teoría Óptica y Fotónica en el Max-Born-Institut y Humboldt-Universität zu Berlin junto con colegas de la Universität Potsdam, la Universidad de Yale y el Laboratorio Nacional de Los Alamos ahora informan sobre nuevas perspectivas físicas detalladas de la fricción cuántica de la superficie del átomo no en equilibrio.
Una clase particular de fenómenos de no equilibrio está representada por las fuerzas dinámicas de van der Waals / Casimir que actúan entre átomos, moléculas y superficies. Estas fuerzas, cuyo origen está profundamente enraizado en la teoría cuántica, están en el origen de la fricción sin contacto cuánticaentre dos objetos que, cuando están separados por unas pocas decenas de nanómetros, se mueven uno con respecto al otro. Desafortunadamente, la descripción cuantitativa detallada de los sistemas sin equilibrio es bastante desafiante y los enfoques más comunes se basan en el supuesto de que las correcciones a las características de equilibrio asociadasson relativamente pequeños. Sin embargo, la validez de estos procedimientos y de las aproximaciones correspondientes apenas se ha verificado, lo que limita inevitablemente la fiabilidad de los resultados.
En marcado contraste con los supuestos ampliamente aceptados que dominan la literatura existente, los investigadores han demostrado que la aproximación del equilibrio térmico local LTE, que trata los subsistemas interactivos en un sistema general de no equilibrio como localmente en equilibrio con su entorno inmediato,falla dramáticamente cuando se aplica al estudio de la fricción cuántica.
Utilizando argumentos estadísticos cuánticos generales y modelos exactamente solucionables, los investigadores determinaron que la aproximación LTE subestima la magnitud de la fuerza de arrastre en aproximadamente un 80%. Considerando que la aproximación LTE ha sido el caballo de batalla para la descripción teórica de muchos fenómenos de no equilibrio, que van desde el transporte de energía térmica hasta las fuerzas de dispersión sin equilibrio, estos resultados demuestran que los cálculos basados en LTE carecen de una justificación rigurosa y deben ser reexaminados.
Además de abordar cuestiones fundamentales en el campo altamente interdisciplinario de las fuerzas de van der Waals / Casimir, estos nuevos resultados tendrán un impacto considerable en muchas otras aplicaciones de interés actual en la física sin equilibrio, como las trampas miniaturizadas para gases ultrafríos átomochips, sistemas nanoelectromecánicos NEMS y transferencia de calor radiativo de campo cercano. En conjunto, este trabajo proporciona un análisis cuantitativo cuyas conclusiones representan un avance sustancial en la comprensión de la física cuántica sin equilibrio.
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Materiales proporcionado por Forschungsverbund Berlin eV FVB . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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