Investigadores de la Universidad de Maryland han medido por primera vez un efecto que se predijo hace más de 40 años, llamado el par de Casimir.

Cuando se colocan juntos en un vacío con un diámetro inferior al de una bacteria (un micrón), dos piezas de metal se atraen. Esto se llama efecto Casimir. El par de Casimir, un fenómeno relacionado que es causado por los mismos efectos electromagnéticos cuánticos que atraen los materiales, empuja a los materiales a girar. Porque es un efecto tan pequeño, el par de Casimir ha sido difícil de estudiar. El equipo de investigación que incluye miembros de los departamentos de física e ingeniería eléctrica e informática de la UMD y del Instituto de Investigación en Electrónica y Física Aplicada, ha construido un aparato para medir la predicción de décadas de este fenómeno y publicó 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 comprende bien, "dijo Jeremy Munday, el líder de la investigación. "Para pantallas LCD, por ejemplo, sabemos cómo crear cristales líquidos retorcidos, pero realmente no sabemos por qué se tuercen. Nuestro estudio demuestra que el par de Casimir es un componente crucial de la alineación del cristal líquido. Es el primero en cuantificar la contribución del efecto Casimir, pero no es el primero en demostrar que contribuye ".

El dispositivo coloca un cristal líquido a solo decenas de nanómetros de un cristal sólido. Con un microscopio polarizador, Luego, los investigadores observaron cómo el cristal líquido se retuerce para coincidir con el eje cristalino del sólido.

El equipo utilizó cristales líquidos porque son muy sensibles a las fuerzas externas y pueden torcer la luz que los atraviesa. Bajo el microscopio cada píxel de la 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 la torsión del cristal líquido y el par que la provocó.

El efecto Casimir podría hacer que las piezas a nanoescala se muevan y se puede utilizar para inventar nuevos dispositivos a nanoescala, como actuadores o motores.

"Piense en cualquier máquina que requiera una torsión o torsión para ser transmitida:ejes de transmisión, motores, etc., "dijo Munday." El par de Casimir puede hacer esto en una 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 torsión de Casimir, y descubrió que cada material tiene su propia firma única de torque Casimir.

Los dispositivos de medición se construyeron en el Fab Lab de UMD, una instalación de usuario compartida y herramientas de alojamiento de sala limpia para fabricar 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 han hecho algunas predicciones que podrían confirmarse si se puede perfeccionar la técnica de medición actual; Munday informa que están 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 podríamos llamar 'la física del espacio vacío, 'que tras un examen más detenido parece no estar tan vacío después de todo, "dijo John Gillaspy, el oficial del programa de física que supervisó la financiación de la investigación por parte de la NSF.

"Clásicamente, el vacío está realmente vacío, es, por definición, la ausencia de nada, "dijo Gillaspy." Pero la física cuántica predice que incluso el espacio más vacío que uno pueda imaginar está lleno de partículas y campos 'virtuales', fluctuaciones cuánticas en la vacuidad pura que conducen a sutiles, pero muy real, efectos que pueden medirse e incluso explotarse para hacer cosas que de otro modo serían imposibles. El universo contiene muchas cosas complicadas, Sin embargo, todavía quedan preguntas sin respuesta sobre algunas de las más simples, fenómenos más fundamentales:esta investigación puede ayudarnos a encontrar algunas de las respuestas ".