El electromagnetismo es una rama de la física que se ocupa de todos los fenómenos de la electricidad y el magnetismo. Este campo es la base clave de nuestra era moderna de la electricidad y la tecnología de la información. Se rige por un conjunto de principios fundamentales codificados en cuatro ecuaciones llamadas ecuaciones de Maxwell, que se conocen desde hace aproximadamente 150 años. Cada vez que aprovechamos los efectos fundamentales según lo prescrito o predicho por esta teoría, cosechamos inmensos beneficios en términos de avances tecnológicos. Cosas como máquinas eléctricas motores, varios dispositivos electrónicos, circuitos, ordenadores, monitor, los sensores y la comunicación inalámbrica funcionan todos según los principios básicos del electromagnetismo. Este tema se considera en realidad "física clásica, "lo que parece sugerir que hemos sabido todo lo que necesitamos saber al respecto.

Sin embargo, Nuestro equipo de investigación de IBM descubrió recientemente una característica sutil oculta en el electromagnetismo:un efecto de confinamiento de campo previamente desconocido que hemos denominado "efecto camelback" en un sistema de dos líneas de dipolos transversales.

En electromagnetismo, la fuente elemental de campo eléctrico y campo magnético se puede modelar respectivamente como una carga puntual (una carga hipotética ubicada en un solo punto en el espacio) y un dipolo, un par de polos magnetizados o con carga opuesta, iguales y separados por una distancia. Imagine que alineamos dos filas de dipolos magnéticos como se muestra en la Fig (a), e intentamos medir la fuerza del campo magnético a lo largo del eje central. El campo magnético es ciertamente más fuerte en el centro y disminuye lejos de él. Sin embargo, si la longitud de la línea del dipolo excede cierta longitud crítica, Se produce un efecto sorprendente:el campo se vuelve un poco más fuerte cerca de los bordes y produce un perfil de confinamiento de campo que parece el lomo de un camello; de ahí el nombre del efecto. El equipo de IBM ha informado de este descubrimiento con estudios experimentales y teóricos detallados en dos publicaciones y patentes recientes.

Este sorprendente descubrimiento es emocionante por varias razones. Primero, representa un nuevo potencial de confinamiento unidimensional elemental en física, uniéndose a la lista de potenciales conocidos como Coulomb, parabólico, y cuadrado bien. Segundo, este efecto se convierte en la característica clave que permite que este sistema sirva como una nueva clase de trampa magnética natural llamada trampa de línea dipolar paralela (PDL) como se muestra en la Fig. (b) con muchas posibles aplicaciones interesantes. Este efecto de espalda de camello y la trampa magnética PDL relacionada se pueden realizar utilizando imanes cilíndricos especiales cuyos polos están en el lado curvo como se muestra en la Fig. (B) y una varilla de grafito como objeto atrapado.

Esta trampa magnética natural también demuestra el sistema de "potencial de partículas en una dimensión", sirviendo así como una plataforma novedosa para experimentos de física pedagógica. Por esta razón, tras un riguroso proceso de selección, el descubrimiento de IBM se presentó recientemente como un problema experimental en la Olimpiada Internacional de Física (IPhO) celebrada recientemente en Yogyakarta, Indonesia en julio. IPhO es una competencia internacional de física de primer nivel a nivel preuniversitario que se lleva a cabo desde 1967 (se celebró por primera vez en Varsovia, Polonia). Cada país participante envía a sus cinco mejores estudiantes de física a competir en la resolución de tres problemas teóricos y dos experimentales. Los problemas presentados suelen ser muy desafiantes y originales y, más importante, deben presentar ideas o conceptos fundamentales en física.

En la OPI de este año, Aproximadamente 396 estudiantes de 86 países, una de las IPhO más grandes de la historia, realizaron experimentos utilizando la trampa magnética IBM PDL para determinar la propiedad magnética del grafito atrapado y la viscosidad del aire. Los estudiantes también investigaron sus aplicaciones como sensor de inclinación volcánica y de terremotos. Este es en realidad un proyecto en curso entre IBM Research y el Instituto Italiano de Geofísica y Vulcanología (INGV). La exposición general fue apreciada por los líderes de equipos internacionales por su novela, fascinante y rico contenido de física, así como sus nobles aplicaciones.

Esta investigación de trampa magnética de IBM ahora se ha incluido como un nuevo material de nota de conferencia en el curso de Electrodinámica en la Universidad de Princeton. También ha producido tecnología práctica como una nueva herramienta de caracterización de semiconductores de alta sensibilidad llamada "Sistema Rotating PDL Hall" que ha servido a muchos grupos de IBM Research que trabajan con semiconductores. También ha estado operando en el laboratorio del Harvard Center of Nanoscale System.

En otros comentarios, el impacto internacional de este trabajo para la pedagogía de la física es bastante inesperado, ya que la investigación estaba destinada originalmente al desarrollo de tecnología de semiconductores. El equipo de IBM estaba explorando formas de atrapar pequeños objetos cilíndricos como nanocables para transistores de próxima generación. Sin embargo, la adopción de nuestro trabajo de investigación en un evento internacional de primer nivel, como IPhO, ejemplifica nuestra misión en IBM Research "ser famosos por nuestra ciencia y vitales para el mundo".