Efecto cuántico repulsivo medido finalmente

Un efecto cuántico que provoca que un objeto repela a otro – predicho por primera vez hace casi 50 años – ha sido al fin visto en el laboratorio.

Representación artística de cómo una fuerza cuántica repulsiva entre objetos a nanoescala puede permitir a un objeto “flotar” sobre un líquido menos denso que él mismo (Imagen: Jay Penni/Federico Capasso)

De acuerdo con el físico de Harvard Federico Capasso, miembro del grupo que midió el efecto, podría usarse para lubricar futuras nanomáquinas.

El equipo detectó la débil fuerza repulsiva cuando unieron una fina capa de silicio y una pequeña bola bañada en oro, aproximadamente del diámetro de un cabello humano.

La fuerza es un ejemplo del Efecto Casimir, generado por las omnipresentes fulctuaciones cuánticas.

Extraña atracción

La forma más simple de imaginar la fuerza de Casimir en acción es colocar dos placas de metal paralelas en el vacío. Gracias al extraño fenómeno cuántico, estas se atraen entre sí.

Esto sucede porque incluso en el vacío, en realidad hay un continuo burbujeo de partículas de campo cuántico, apareciendo y desapareciendo de forma constante. Incluso puede interactuar efímeramente con las placas y empujarlas.

No obstante, el pequeño espacio entre las placas restringe el tipo de partículas que pueden aparecer, por lo que la presión desde detrás de las placas supera a la del interior. El resultado es una fuerza atractiva que estropea las máquinas nanométricas.

Capasso dice que la fuerza de Casimir no tiene por qué ser un enemigo. “La micromecánica tendrá el algún momento que lidiar con estas fuerzas - o hacer uso de ellas”.

Flotación inversa

En 1961, unos teóricos rusos calcularon que bajo ciertas circunstancias, el Efecto Casimiar podría provocar que los objetos se repelieran – un escenario que el equipo de Capasso finalmente ha creado de forma experimental. El equipo logró esto añadiendo un fluido, bromobenceno, a la configuración.

La atracción de Casimir entre el líquido y la placa de silicio es más fuerte que entre la bola de oro y el silicio, por lo que el fluido genera una fuerza alrededor de la bola, empujándola lejos de la placa.

El efecto es similar a la flotación que experimentamos en el macromundo – donde los objetos menos densos que el agua son mantenidos por el líquido que los rodea. Pero en este caso el bromobenceno es menos denso que la bola sólida. “Podrías llamarlo flotación cuántica”, dijo Capasso a New Scientist.

La fuerza que midió era minúscula – de aproximadamente unos 10 piconewtons – pero aún así es suficiente para hacer flotar objetos a nanoescala.

Cojinetes cuánticos

“El siguiente experimento que queremos hacer es usar una cámara de TV para seguir el movimiento de una de estas esferas, entonces deberíamos ser capaces de ver fácilmente si hay levitación”.

Aprovechar la fuerza repulsiva de Casimir podría proporcionar un tipo de lubricación para resolver el problema de las nanomáquinas que se estropean por la versión atractiva mejor conocida, dice Capasso.

En teoría, podrías usar un líquido más denso que los componentes para hacerlos flotar, pero eso no sería práctico. “Estos aparatos normalmente están hechos de metal, por lo que tendrías que usar mercurio”, explica.

Los cojinetes de flotación cuántica podrían usarse para construir delicados sensores, tales como nanobrújulas flotantes para detectar campos magnéticos a pequeña escala.

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Revista de referencia: Nature (DOI: 10.1038/nature07610)
Autor: Stephen Battersby
Fecha Original: 7 de enero de 2009
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Vía Ciencia Kanija