Conseguir algo do nada parece um bom negócio, portanto, há anos os cientistas vêm tentando explorar a pequena quantidade de energia que surge quando os objetos são colocados muito próximos uns dos outros. É uma fonte de energia tão obscura que já foi ridicularizada como uma fonte fantasiosa de "movimento perpétuo". Agora, uma equipe de pesquisa que inclui cientistas de Princeton encontrou uma maneira de controlar uma misteriosa força de repulsão, que é um aspecto dessa força.

Esta energia, previsto há sete décadas pelo cientista holandês Hendrik Casimir, surge de efeitos quânticos e pode ser visto experimentalmente colocando duas placas opostas muito próximas uma da outra no vácuo. A curta distância, as placas se repelem, que podem ser úteis para certas tecnologias. Até recentemente, Contudo, aproveitar essa "força Casimir" para fazer qualquer coisa útil parecia impossível.

Um novo chip de silício construído por pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong e da Universidade de Princeton é um passo em direção ao aproveitamento da força Casimir. Usando um conjunto inteligente de formatos de micron gravados nas placas, os pesquisadores demonstraram que as placas se repelem à medida que são aproximadas. Construir este dispositivo inteiramente a partir de um único chip de silício pode abrir o caminho para o uso da força Casimir para aplicações práticas, como evitar que peças minúsculas de máquinas grudem umas nas outras. O trabalho foi publicado na edição de fevereiro da revista. Nature Photonics .

Energia de um vácuo

"Esta é uma das primeiras verificações experimentais do efeito Casimir em um chip de silício, "disse Alejandro Rodriguez, professor assistente de engenharia elétrica na Universidade de Princeton, que forneceu cálculos teóricos para o dispositivo, que foi construído por uma equipe liderada por Ho Bun Chan na Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong. "E também permite que você faça medições de forças em estruturas nada triviais como essas que causam repulsão. É um golpe duplo."

A estrutura de silício se parece com duas placas alinhadas com dentes que ficam de frente uma para a outra através de uma pequena lacuna de apenas cerca de 100 nanômetros de largura. (Um cabelo humano tem 60 anos, 000-80, 000 nanômetros de largura.) À medida que as duas placas são empurradas para mais perto, a força Casimir entra em ação e os separa.

Este efeito repulsivo acontece sem qualquer entrada de energia e para todas as aparências, no vácuo. Essas características levaram essa energia a ser chamada de "energia do ponto zero". Eles também alimentaram afirmações anteriores de que a força Casimir não poderia existir porque sua existência implicaria em algum tipo de movimento perpétuo, o que seria impossível de acordo com as leis da física.

A força, que já foi confirmada experimentalmente para existir, surge das flutuações quânticas normais dos poucos átomos que persistem no abismo apesar da evacuação de todo o ar.

A equipe demonstrou que é possível construir um dispositivo em silício para controlar a força de Casimir.

“Nosso trabalho mostra que é possível controlar a força de Casimir usando estruturas de complexo, formas feitas sob medida, "disse Ho Bun Chan, autor sênior do artigo e cientista da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong. Sua equipe baseou-se em um trabalho anterior de Rodriguez publicado em 2008, que propunha formas que deveriam produzir uma força Casimir que pudesse tanto atrair quanto repelir. "Este artigo é a realização experimental usando uma estrutura inspirada no projeto de Rodriguez, "Chan disse.

Rodriguez e sua equipe em Princeton desenvolveram técnicas que permitiram aos pesquisadores computar as interações entre duas placas paralelas à medida que se aproximam. Com essas ferramentas, eles foram então capazes de explorar o que aconteceria se geometrias mais complexas fossem usadas. Isso levou a algumas das primeiras previsões de uma força repulsiva de Casimir em 2008.

O grupo Rodriguez usou técnicas nanofotônicas, que envolvia medir como a luz interagiria com as estruturas, para obter as equações complexas de como a força surge da interação de duas placas.

O dispositivo de silício incluía uma pequena mola mecânica que os pesquisadores usaram para medir a força entre as duas placas, e verificar se a força quântica pode ser repulsiva. Os dentes de silicone com formato aproximado de T são o que permitem a formação da força repulsiva. A repulsão vem de como diferentes partes da superfície interagem com a superfície oposta.

"Tentamos pensar sobre que tipo de formas o grupo de Chan teria que fabricar para levar a uma força repulsiva significativa, por isso, fizemos alguns estudos de fundo e cálculos para ter certeza de que eles veriam não monotonicidade suficiente para ser mensurável, "Rodriguez disse.

Daqui para frente, os pesquisadores planejam explorar outras configurações que podem dar origem a forças repulsivas ainda maiores e repulsão mais bem definida em separações maiores.