Se podría pensar que un par de placas paralelas que cuelgan inmóviles en el vacío a solo una fracción de un micrómetro una de la otra serían como extraños que pasan por la noche, tan cerca pero destinados a no encontrarse nunca. Gracias a la mecánica cuántica, estarías equivocado.

Los científicos que trabajan para diseñar máquinas a nanoescala lo saben muy bien, ya que tienen que lidiar con las fuerzas cuánticas y todas las rarezas que las acompañan. Estas fuerzas cuánticas, más notablemente el efecto Casimir, puede causar estragos si necesita evitar que las superficies poco espaciadas se junten.

El control de estos efectos también puede ser necesario para hacer pequeñas piezas mecánicas que nunca se peguen entre sí. para construir ciertos tipos de computadoras cuánticas, y para estudiar la gravedad a microescala.

Ahora, un gran grupo de investigación colaborativa que involucra a científicos de varios laboratorios federales, incluido el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), y las principales universidades, ha observado que estos efectos pegajosos se pueden aumentar o disminuir modelando una de las superficies con estructuras a nanoescala. El descubrimiento, descrito en Comunicaciones de la naturaleza , abre un nuevo camino para ajustar estos efectos.

Pero como sucede a menudo con los fenómenos cuánticos, el trabajo plantea nuevas preguntas incluso cuando responde a otras.

Una de las ideas de la mecánica cuántica es que no hay espacio, ni siquiera el espacio exterior, siempre está verdaderamente vacío. Está lleno de energía en forma de fluctuaciones cuánticas, incluidos los campos electromagnéticos fluctuantes que aparentemente provienen de la nada y desaparecen con la misma rapidez.

Algo de esta energía sin embargo, simplemente no puede "encajar" en el espacio submicrométrico entre un par de contactos electromecánicos. Más energía en el exterior que en el interior da como resultado una especie de "presión" llamada fuerza de Casimir, que puede ser lo suficientemente potente como para juntar los contactos y pegarlos.

La teoría predominante hace un buen trabajo al describir la fuerza de Casimir entre sin rasgos, superficies planas e incluso entre las superficies con curvas más suaves. Sin embargo, según el investigador del NIST y coautor del artículo, Vladimir Aksyuk, la teoría existente no puede predecir las interacciones que observaron en su experimento.

"En nuestro experimento, medimos la atracción de Casimir entre una esfera recubierta de oro y superficies planas de oro con un patrón de filas de periódicos, crestas de cima plana, cada uno de menos de 100 nanómetros de ancho, separados por huecos algo más anchos con lados profundos de paredes transparentes, ", dice Aksyuk." Queríamos ver cómo una superficie metálica nanoestructurada afectaría la interacción de Casimir, que nunca antes se había intentado con una superficie metálica. Naturalmente, esperábamos que hubiera una atracción reducida entre nuestra superficie ranurada y la esfera, independientemente de la distancia entre ellos, porque la parte superior de la superficie ranurada presenta menos superficie total y menos material. Sin embargo, sabíamos que la dependencia de la fuerza de Casimir de la forma de la superficie no es tan simple ".

En efecto, lo que encontraron fue más complicado.

Según Aksyuk, cuando aumentaron la separación entre la superficie de la esfera y la superficie ranurada, los investigadores encontraron que la atracción de Casimir disminuyó mucho más rápido de lo esperado. Cuando movieron la esfera más lejos, la fuerza cayó en un factor de dos por debajo del valor predicho teóricamente. Cuando movieron la superficie de la esfera cerca de las cimas de las crestas, aumentó la atracción por unidad de superficie de cumbrera.

"La teoría puede explicar la atracción más fuerte, pero no por el debilitamiento demasiado rápido de la fuerza con una mayor separación, "dice Aksyuk." Así que este es un nuevo territorio, y la comunidad de la física necesitará idear un nuevo modelo para describirlo ".