Un nuevo artículo científico publicado, en parte, por un físico de la Universidad de nuevo México arroja luz sobre una extraña fuerza de las partículas en el nivel más pequeño del mundo material.
Crédito: Universidad de Nuevo México
El descubrimiento, publicado en Physical Review Letters, fue hecho por un equipo internacional de investigadores dirigido por el profesor asistente Alejandro Manjavacas de UNM en el Departamento de física y astronomía. Los colaboradores en el proyecto son Francisco Rodríguez-Fortuño, F. Javier García de Abajo y Anatoly Zayats, del King's College de Londres.
Los resultados se refieren a un área de nanofotónica teórica y la teoría cuántica conocida como el efecto Casimir, una fuerza mensurable que existe entre los objetos en el interior de un vacío causado por las fluctuaciones de ondas electromagnéticas. Cuando se estudia utilizando la física clásica, el vacío no produciría ninguna fuerza sobre los objetos. Sin embargo, cuando se miró en el uso de la teoría cuánticad e campos, el vacío está lleno de fotones, creando una fuerza pequeña pero potencialmente significativa sobre los objetos.
"Estos nuevos estudios son muy importantes porque estamos desarrollando nanotecnologías donde estamos en distancias y tamaños que son tan pequeños que estos tipos de fuerzas pueden dominar todo," dijo Manjavacas. "Ya sabemos que estas fuerzas de Casimir existen, así que lo que estamos tratando de hacer es averiguar el impacto global que tienen las partículas muy pequeñas."
La investigación de Manjavacas amplía el efecto Casimir mediante el desarrollo de una expresión analítica para la fuerza lateral de Casimir experimentada por nanopartículas que giran cerca de una superficie plana.
Imaginemos una pequeña esfera (nanopartículas) girando sobre una superficie. Mientras que la esfera se ralentiza debido a los fotones que chocan con ella, esa rotación también hace que la esfera se mueva en una dirección lateral. En nuestro mundo físico, la fricción entre la esfera y la superficie sería necesaria alcanzar el movimiento lateral. Sin embargo, el nano-mundo no sigue el mismo sistema de reglas, eliminando la necesidad de contacto entre la esfera y la superficie para que se produzca el movimiento.
"La nanopartícula experimenta una fuerza lateral como si estuviera en contacto con la superficie, aunque en realidad se separa de él," dijo Manjavacas. "Es una reacción extraña pero que podría tener un impacto significativo para los ingenieros".
Mientras que el descubrimiento puede parecer algo oscuro, también es extremadamente útil para los investigadores que trabajan en la siempre cambiante industria de la nanotecnología. Como parte de su trabajo, Manjavacas dice que aprendieron también la dirección de la fuerza que puede controlarse cambiando la distancia entre la partícula y la superficie, una comprensión que puede ayudar a los ingenieros nanotecnológicos a desarrollar mejor objetos a nanoescala para el cuidado de la salud, de computación o una variedad de otras áreas.
Para Manjavacas, el proyecto y esta última publicación están a sólo un paso más en su investigación en estas fuerzas de Casimir, que ha estudiado a lo largo de su carrera científica. Después de recibir su Ph.D. de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) en 2013, Manjavacas trabajó como investigador postdoctoral en la Universidadde Rice antes de venir a UNM en 2015.