Un grupo de investigadores han arrojando luz sobre una extraña fuerza que afecta a partículas al nivel más pequeño del mundo material, la nanotecnología.
El descubrimiento, publicado en la revista Physical Review Letters, fue realizado por un equipo liderado por el físico Alejandro Manjavacas, del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Nuevo México. Algunos de estos colaboradores han sido Francisco Rodríguez-Fortuño (King's College de Londres), F. Javier García de Abajo (Instituto de Ciencias Fotónicas, en España) y el ucraniano Anatoly Zayats (King's College de Londres).
Los resultados se refieren a un área de nanofotónica teórica y a la teoría cuántica conocida como el Efecto Casimir, una fuerza medible que existe entre los objetos dentro de un vacío causado por las fluctuaciones de las ondas electromagnéticas. Al estudiar el uso de la física clásica, el vacío no produciría ninguna fuerza sobre los objetos. Sin embargo, cuando se observa en el uso de la teoría de campo cuántica, el vacío se llena con los fotones, creando una pequeña pero potencialmente significante fuerza en los objetos.
"Estos estudios son importantes porque estamos desarrollando nanotecnologías donde estamos entrando en distancias y tamaños que son tan pequeños que estos tipos de fuerzas pueden dominar todo lo demás", ha afirmado Manjavacas. "Sabemos que existen estas fuerzas de Casimir, por lo que, lo que estamos tratando de hacer es averiguar el impacto global que tienen las partículas muy pequeñas", ha añadido.
La investigación se expande en el Efecto Casimir mediante el desarrollo de una expresión analítica para la fuerza lateral de Casimir experimentado por nanopartículas que rotan cerca de una superficie plana.
Imaginen una esfera pequeña (nanopartícula) que gira 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, sería necesaria la fricción entre la esfera y la superficie para lograr el movimiento lateral. Sin embargo, el nano-mundo no sigue el mismo conjunto de reglas, lo que elimina 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, incluso aunque realmente esté separada de ella", ha señalado Manjavacas, que considera que se trata de una "reacción extraña" que, en cambio, "puede llegar a tener un impacto significativo para los ingenieros".
Mientras que el descubrimiento puede parecer un tanto oscuro, es extremadamente útil para los investigadores que trabajan en la industria, siempre en evolución, de la nanotecnología. Como parte de su trabajo, Manjavacas indica que también han aprendido que la dirección de la fuerza puede ser controlada si se cambia la distancia entre la partícula y la superficie, una afirmación que puede ayudar a los ingenieros nanotecnológicos a desarrollar mejores objetos a escala nanométrica para áreas como la de la salud o la informática, entre otras.
Para Manjavacas, el proyecto es sólo un paso más en su investigación sobre estas fuerzas de Casimir, que ha estado estudiando a lo largo de su carrera científica. Tras recibir su doctorado de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) en 2013, Manjavacas trabajó como investigador postdoctoral en la Universidad Rice, Estados Unidos, antes de llegar a la Universidad de Nuevo México en 2015.
