Cómo construir moléculas de Casimir

Molécula de Casimir

Ciertas nanopartículas tienden a formar cúmulos de moleculares estables debido a que las fuerzas de Casimir entre ellas las repelen a cortas distancias pero las atraen en las grandes.

El Efecto Casimir es una fuente constante de fascinación para los físicos. El efecto existe debido a la naturaleza cuántica del vacío que está lleno de ondas electromagnéticas apareciendo y desapareciendo de la existencia.

Coloca dos placas conductoras paralelas juntas en este vacío y las ondas más grandes no encajarán dentro. Por lo que las ondas exteriores empujan a la placa para unirse. Ésta es la famosa Fuerza de Casimir, que se midió por primera vez con precisón en 1997.

En los últimos años, no obstante, los físicos han calculado que la combinación de varios materiales diferentes de distintas formas generarían fuerzas repulsivas (aunque esta fuerza aún tiene que medirse).

Hoy, Alejandro Rodríguez y sus colegas del Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge dicen que eligiendo cuidadosamente distintos materiales y tamaños de nanopartículas, la fuerza atractiva y repulsiva de Casimir debería llevar a una configuración estable; una molécula de Casimir, podríamos decir.

En un impresionante análisis, Rodríguez y sus colegas calcularon las fuerzas de Casimir para combinaciones de bloques infinitos hechos de dióxido de silicio y silicio alternativamente, para nanopartículas y eslabones y esferas alternativos.

Pero su análisis más interesante está en las fuerzas entre las nanoesferas de teflón y silicio inmersas en etanol. Eligiendo cuidadosamente los radios de estas esferas pueden quedar suspendidas en contra de la fuerza de la gravedad sobre un bloque infinito. Resulta que las fuerzas entre las partículas es respulsiva a una separación menor de 100nm pero se vuelve atractiva conforme aumenta la distancia.

Claramente esta es una situación fascinante en la cual las esferas deberían formar un “dicúmulo” estable sin tocarse. Es más, éste es un experimento que podría realizarse de forma relativamente fácil actualmente, siempre que el tamaño de las nanopartículas puede ser controlado con la precisión requerida.

Éste es un tema interesante pero estos experimentos siempre están llenos de dificultades. El equipo del MIT reconoce que siquiera calcular el signo de la Fuerza de Casimir en geometrías complejas es tremendamente complicado.

Esto es en parte debido a que las Fuerzas de Casimir no son aditivas como las fuerzas convencionales. Por lo que cuando se tiene en cuenta más de una fuerza, la complejidad de los cálculos aumenta rápidamente. (En este caso, hay fuerzas repulsivas y atractivas entre las esferas así como la fuerza de suspensión sobre el bloque infinito).

Por esto es por lo que no es posible generalizar fácilmente el efecto aún más, tal vez para crear toda una lámina de nanopartículas estables. Si este tipo de cristales de Casimir 2D es incluso posible, aún no se sabe.

Pero el equipo del MIT dice que la configuración de nanopartículas de teflón-silicio debería ser un buen punto de partida para la investigación experimental. ¡Que tengan buena suerte!

Una pregunta que el equipo no aborda en el artículo es para qué podrían ser útiles las moléculas y cristales de Casimir. Cualquier sugerencia será bien recibida.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/0912.2243: Non-touching Nanoparticle Diclusters Bound By Repulsive and Attractive Casimir Forces

Fecha Original: 15 de diciembre de 2009
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Comments (8)

  1. Jurl

    Aplicaciones no lo sé, pero recuerdo que esto podía ser calculado y reinterpretado en función casi exclusivamente de fuerzas de van der Waals . Las consecuencias que esto puede tener en la química vulgar y corriente (y bioquímica) creo que tampoco se han considerado. ¿Cómo podemos saber que este efecto no está desempeñando un papel fundamental en muchas actividades biológicas?

  2. Leviatán

    Leí en una ocasión que podría aplicarse para reducir la fricción en dispositivos nanomecánicos.

  3. [...] Ciencia Kanija » Cómo construir moléculas de Casimir [...]

  4. kike

    Pues a simple vista, si el modelo se perfeccionara y equilibrara, podría servir para volar montados en una alfombra; vamos, que la levitación podría hacerse realidad…;P

  5. bizagra

    Interesante… me encanta tu blog, por fin algo de buena ciencia en español. Solo una cosita: ¿acabas de inventar el “fletón”? o es solo un desliz… ;P

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