A força do nada foi usada para manipular objetos

Os cientistas podem usar algumas forças bem selvagens para manipular materiais. Existem pinças acústicas, que usam a força da radiação acústica para controlar objetos minúsculos. Pinças ópticas feitas de lasers exploram a força da luz. Não contentes com isso, agora os físicos criaram um dispositivo para manipular materiais usando a força do … nada.

OK, isso pode ser um pouco simplista. Quando dizemos nada, estamos realmente nos referindo à força atrativa que surge entre duas superfícies no vácuo, conhecida como força de Casimir. A nova pesquisa forneceu não apenas uma maneira de usá-la para a manipulação de objetos sem contato, mas também de medi-lo.

As implicações abrangem vários campos, desde química e astronomia de ondas gravitacionais até algo tão fundamental e onipresente como a metrologia – a ciência da medição.

“Se você pode medir e manipular a força Casimir em objetos, ganhamos a capacidade de melhorar a sensibilidade da força e reduzir as perdas mecânicas, com potencial para impactar fortemente a ciência e a tecnologia”, explicou o físico Michael Tobar, da Universidade da Austrália Ocidental.

A força de Casimir foi prevista pela primeira vez em 1948 pelo físico teórico holandês Hendrik Casimir e, finalmente, demonstrada dentro de seus valores previstos em 1997 .

Mas, desde então, vem gerando muito mais interesse, não apenas pelo uso, mas por como poderia ser usado em outras áreas de pesquisa.

O que Casimir previu foi que existiria uma força atrativa entre duas placas condutoras no vácuo, devido aos contrastes nas flutuações quânticas no campo eletromagnético.

“Para entender isso, precisamos mergulhar na estranheza da física quântica. Na realidade, um vácuo perfeito não existe – mesmo no espaço vazio a temperatura zero, partículas virtuais, como fótons, entram e saem da existência”, disse Tobar .

“Essas flutuações interagem com objetos colocados no vácuo e são realmente aumentadas em magnitude à medida que a temperatura aumenta, causando uma força mensurável do ‘nada’ – também conhecida como força de Casimir.”

O experimento da equipe ocorreu em configurações de temperatura ambiente. Eles usaram um minúsculo invólucro metálico projetado para confinar certos tipos de radiação eletromagnética, conhecido como cavidade reentrante de microondas.

Separada desta cavidade por uma lacuna de cerca de um micrômetro estava uma membrana de nitreto de silício revestida de metal atuando como uma mola Casimir.

Ao aplicar uma força eletrostática, a equipe foi capaz de controlar a lacuna de reentrada com precisão requintada.

Isso, por sua vez, permitiu que manipulassem a membrana com a força Casimir que surgia quando a lacuna era suficientemente pequena.

“Por causa da força Casimir entre os objetos, a membrana metálica, que se flexionava para frente e para trás, teve suas oscilações em forma de mola significativamente modificadas e foi usada para manipular as propriedades da membrana e do sistema de cavidade reentrante de uma maneira única,” Disse Tobar .

“Isso permitiu ordens de magnitudes de melhoria na sensibilidade da força e na capacidade de controlar o estado mecânico da membrana.”

Mas controlar a lacuna também permitiu aos pesquisadores medir a força. Conforme a lacuna se abria, a força de Casimir ficou mais fraca, até chegar a um ponto em que não estava mais agindo na membrana. Ao estudar as mudanças na membrana, a equipe conseguiu gerar medições de alta precisão.

É uma nova maneira de medir nada, embora outros métodos tenham usado materiais minúsculos que se movem rapidamente para também obter um controle sobre a força exercida por variações em campos quânticos vazios.

Outros estudos também colocaram a força em uso de maneiras menos precisas, ajudando minúsculos dispositivos de silício a manterem distância, por exemplo .

“A técnica apresentada aqui tem alto potencial para criar esquemas e dispositivos adicionais por meio da manipulação da força térmica de Casimir”, escreveram os pesquisadores em seu artigo .

“Por exemplo, dispositivos programáveis ​​ágeis ‘ in situ ‘, projetados para manipular estruturas modais e melhorar as perdas do ressonador conforme necessário em temperatura ambiente, podem ser construídos, incluindo o desenvolvimento e a manipulação de osciladores mecânicos topológicos.”

Não parece divertido?

A pesquisa foi publicada na Nature Physics

Via Science Alert