El vacío cuántico puede ser dirigido para desarrollos tecnológicos

Una nueva investigación arroja nueva luz sobre una fuerza misteriosa que actúa sobre las nanopartículas en el vacío, como si estuvieran presionadas por la nada, conocida como Efecto Casimir.

En física cuántica se sabe que la nada en la práctica no existe, ya que el mismo vacío cuántico está lleno de pequeñas fluctuaciones electromagnéticas. El “estado vacío” es en realidad un estado de mínima energía de un sistema.

Aunque en física clásica sabemos que en un estado de vacío perfecto, donde no existe absolutamente nada de materia, la fricción entre objetos no puede darse porque el vacío no ejerce ninguna presión, en el mundo cuántico las cosas no son tan sencillas.

En 1948, el físico Hendrick Casimir descubrió algo intrigante: que una fuerza desconocida está presente en el vacío, que surge de la nada, y que es medible experimentalmente a escala cuántica. Este descubrimiento se conoce como Efecto Casimir.

Eso significa que el vacío no sólo está lleno de pequeñas fluctuaciones electromagnéticas, sino que estas fluctuaciones pueden interferir con la actividad de los fotones (partículas de luz) y producir una fuerza considerable sobre los objetos.

Lo que ha descubierto el nuevo estudio es que el Efecto Casimir es más potente de lo que se suponía y que, como las tecnologías que desarrollamos son cada vez más pequeñas, estos poderosos efectos cuánticos pueden influir en el progreso tecnológico de forma disruptiva.

El descubrimiento no sólo supone una constatación del así llamado Efecto Casimir, sino también que esa energía misteriosa puede ser dirigida para mover partículas en el vacío, un efecto que debidamente aprovechado puede servir para desarrollar tecnologías cada vez más miniaturizadas, como los ordenadores cuánticos.

Tal como explica el investigador principal Alejandro Manjavacas, en un comunicado de la Universidad de Nuevo México, “estos estudios son importantes porque desarrollamos nanotecnologías que trabajan con distancias y tamaños muy pequeños que pueden ser dominadas por la fuerza presente en el vacío”.

“Sabemos que estas fuerzas Casimir existen, dice Manjavacas, y lo que intentamos es descubrir el impacto general que pueden tener sobre estas minúsculas partículas”.

Los investigadores descubrieron más concretamente que el Efecto Casimir puede ejercer una presión lateral sobre las nanopartículas, incluso si no están tocando la superficie del vacío.

Esfera que gira y se mueve

Para comprender el descubrimiento, es necesario imaginar una partícula esférica girando sobre si misma sobre una superficie que es bombardeada constantemente con fotones. Aunque estas partículas de luz frenan los giros de la esfera, al mismo tiempo provocan su desplazamiento hacia un lado (ver imagen).

Lo sorprendente es que en el mundo físico ordinario, sería necesario una fricción entre la esfera y la superficie para que se produzca este desplazamiento, pero en el mundo cuántico las cosas funcionan de otra manera: la esfera puede ser empujada por la fuerza  del Efecto Casimir, incluso si la esfera no toca la superficie.

“La nanopartícula recibe una fuerza lateral como si realmente estuviera en contacto con la superficie, aunque esté separada de ella”, explica Manjavacas. “Es una reacción extraña, pero que puede tener un considerable impacto para los ingenieros”, añade.

Los investigadores aseguran que se puede controlar la dirección de la fuerza Casimir cambiando la distancia entre la partícula y la superficie, lo que podría ser tremendamente práctico para los ingenieros y científicos que trabajan en la manipulación de la materia a nivel nanoscópico.

El estudio ha sido publicado en la revista Physical Review Letters, si bien los resultados deberán ser comprobados por otros equipos de científicos para una completa verificación.

Sin embargo, el hecho de que ya dispongamos de una prueba fehaciente de que una fuerza desconocida puede ser utilizada para dirigir nanopartículas en el vacío, no sólo arroja nueva luz sobre los misterios del mundo cuántico, sino que abre insospechadas posibilidades para el desarrollo tecnológico.

Referencia

Lateral Casimir Force on a Rotating Particle near a Planar Surface. Phys. Rev. Lett. 118, 133605. DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.133605