Investigadores de la Universidad de Maryland han medido por primera vez un efecto que se predijo hace más de 40 años, llamado par Casimir.
Cuando se colocan juntas en un vacío menor que el diámetro de una bacteria una micra aparte, dos piezas de metal se atraen entre sí. Esto se llama efecto Casimir. El par Casimir - un fenómeno relacionado que es causado por el mismoefectos electromagnéticos cuánticos que atraen los materiales: empujan los materiales a un giro. Debido a que es un efecto tan pequeño, el par Casimir ha sido difícil de estudiar. El equipo de investigación, que incluye miembros de los departamentos de ingeniería eléctrica y informática y física de UMDy el Instituto de Investigación en Electrónica y Física Aplicada, ha construido un aparato para medir la predicción de décadas de este fenómeno y publicado sus resultados en la edición del 20 de diciembre de la revista Naturaleza .
"Esta es una situación interesante en la que la industria está usando algo porque funciona, pero el mecanismo no se entiende bien", dijo Jeremy Munday, el líder de la investigación. "Para las pantallas LCD, por ejemplo, sabemos cómo crearcristales líquidos retorcidos, pero realmente no sabemos por qué se retuercen. Nuestro estudio demuestra que el par Casimir es un componente crucial de la alineación de los cristales líquidos. Es el primero en cuantificar la contribución del efecto Casimir, pero no es el primero enprobar que contribuye "
El dispositivo coloca un cristal líquido a solo decenas de nanómetros de un cristal sólido. Con un microscopio polarizador, los investigadores observaron cómo el cristal líquido gira para coincidir con el eje cristalino del sólido.
El equipo usó cristales líquidos porque son muy sensibles a las fuerzas externas y pueden torcer la luz que los atraviesa. Bajo el microscopio, cada píxel con imagen es claro u oscuro dependiendo de qué tan retorcida esté la capa de cristal líquido. En el experimento, un leve cambio en el brillo de una capa de cristal líquido permitió al equipo de investigación caracterizar el giro del cristal líquido y el par que lo causó.
El efecto Casimir podría hacer que las piezas a nanoescala se muevan y puede usarse para inventar nuevos dispositivos a nanoescala, como actuadores o motores.
"Piense en cualquier máquina que requiera un par o giro para ser transmitida: árboles de transmisión, motores, etc.", dijo Munday. "El par Casimir puede hacer esto a nanoescala".
Conocer la cantidad de torque de Casimir en un sistema también puede ayudar a los investigadores a comprender los movimientos de las piezas a nanoescala impulsadas por el efecto Casimir.
El equipo probó algunos tipos diferentes de sólidos para medir sus pares de Casimir, y descubrió que cada material tiene su propia firma única de par de Casimir.
Los dispositivos de medición se construyeron en el Fab Lab de UMD, una instalación de usuario compartida y herramientas de alojamiento para salas blancas para hacer dispositivos a nanoescala.
En el pasado, los investigadores también hicieron las primeras mediciones de una fuerza de Casimir repulsiva y una medición de la fuerza de Casimir entre dos esferas. También hicieron algunas predicciones que podrían confirmarse si la técnica de medición actual puede ser refinada; informes de Mundayestán probando otros materiales para controlar y adaptar el par.
Munday es profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería A. James Clark de la UMD, y su laboratorio se encuentra en el Instituto de Investigación en Electrónica y Física Aplicada de la UMD, que permite la investigación interdisciplinaria entre sus facultades de ciencias naturales e ingeniería.
"Experimentos como este nos están ayudando a comprender y controlar mejor el vacío cuántico. Es lo que uno podría llamar 'la física del espacio vacío', que después de un examen más detallado parece no estar tan vacío después de todo", dijo John Gillaspy, el físicooficial de programa que supervisó la financiación de la investigación por parte de NSF.
"Clásicamente, el vacío está realmente vacío, es, por definición, la ausencia de cualquier cosa", dijo Gillaspy. "Pero la física cuántica predice que incluso el espacio más vacío que uno puede imaginar está lleno de partículas 'virtuales' ycampos, fluctuaciones cuánticas en el vacío puro que conducen a efectos sutiles, pero muy reales, que se pueden medir e incluso explotar para hacer cosas que de otra manera serían imposibles. El universo contiene muchas cosas complicadas, pero aún hay preguntas sin respuesta sobre algunos de losfenómenos más simples y fundamentales: esta investigación puede ayudarnos a encontrar algunas de las respuestas "
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Materiales proporcionados por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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