Ciertas nanopartículas deben formar grupos moleculares estables debido a que las fuerzas de Casimir entre ellas las las repelen a cortas distancias pero las atraen a otras mayores
El Efecto Casimir es una constante fuente de fascinación para los físicos. La existencia del efecto se debe a la naturaleza cuántica del vacío, lleno de ondas electromagnéticas que aparecen y desaparecen de la existencia.
Coloque dos placas conductoras paralelas muy cercanas en este vacío y las ondas más grandes no encajan dentro. Por lo que las ondas en el exterior empujan a la placa, tendiendo a unirlas. Ésta es la famosa Fuerza de Casimir, que fue medida por primera vez con precisón en 1997.
En los últimos años, sin embargo, los físicos han calculado que la combinación de varios materiales distintos con diferentes formas deberían generar fuerzas repulsivas (aunque esta es una fuerza que aún no se ha medido).
Ahora Alejandro Rodríguez y sus colegas del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge dicen que eligiendo con cuidado distintos materiales y tamaños de nanopartículas, la fuerza atractiva y repulsiva de Casimir debería llevar a una configuración estable; una molécula de Casimir, se podría decir.
En un impresionante análisis, Rodríguez y sus colegas calcularon las fuerzas de Casimir en combinaciones de infinitas capas hechas de silicio y dióxido de silicio, alternativamente, para nanopartículas, y para capas y esferas alternándose.
Esquema de una suspensión de objetos separados según geometrías cerradas (A), repulsión Casimir contragravitatoria (B) y dispersión material producida por fuerzas de Casimir atractivas y repulsivas (C). Fuente: Alejandro Rodríguez y colaboradores
Pero su análisis más interesante es el de las fuerzas entre las nanoesferas de teflón y silicio inmersas en etanol. Eligiendo con cuidado el radio de estas esferas se puede lograr que queden suspendidas en contra de la fuerza de la gravedad sobre un plano infinito. Resulta que las fuerzas entre las partículas es respulsiva a separaciones menores de 100 nm, pero se vuelve de atracción cuando aumenta la distancia.
Claramente esta es una situación fascinante en la cual las esferas deberían formar un “di-grupo” estable sin tocarse. Lo que es más, éste es un experimento que se puede realizar de manera relativamente fácil en la actualidad, dado que se puede controlar el tamaño de las nanopartículas con la precisión requerida.
Es un tema apasionante, pero estos experimentos están llenos de dificultades. El equipo del MIT reconoce que incluso calcular el signo de la Fuerza de Casimir es tremendamente complicado en geometrías complejas.
Esto en parte es debido a que las Fuerzas de Casimir no son aditivas como las fuerzas convencionales. Por lo que cuando se debe considerar más de una fuerza, la complejidad de los cálculos crece con rapidez. (En este caso, hay fuerzas repulsivas y de atracción entre las esferas, y también la fuerza de suspensión sobre el plano infinito).
Por esta razón no es posible generalizar más el efecto con facilidad, quizás para crear una lámina entera de nanopartículas estables. Incluso no se sabe si es posible este tipo de cristales de Casimir en dos dimensiones.
Pero el equipo del MIT dice que la disposición de nanopartículas de teflón-silicio debería ser un buen punto de partida para una investigación experimental. ¡Se les desea buena suerte!
Una cuestión que el equipo no aborda en el artículo es para qué podrían resultar útiles las moléculas y cristales de Casimir. Toda sugerencia será bien recibida.
Referencia: arxiv.org/abs/0912.2243: Non-touching Nanoparticle Diclusters Bound By Repulsive and Attractive Casimir Forces
Fuente: Technology Review. Aportado por Eduardo J. Carletti