Pesquisadores da Universidade de Maryland mediram pela primeira vez um efeito previsto há mais de 40 anos, chamado de torque Casimir.

Quando colocados juntos em um vácuo menor que o diâmetro de uma bactéria (um mícron) de distância, duas peças de metal se atraem. Isso é chamado de efeito Casimir. O torque de Casimir - um fenômeno relacionado que é causado pelos mesmos efeitos eletromagnéticos quânticos que atraem os materiais - empurra os materiais em um giro. Por ser um efeito tão pequeno, o torque de Casimir foi difícil de estudar. A equipe de pesquisa, que inclui membros dos departamentos de engenharia elétrica e da computação e física da UMD e do Instituto de Pesquisa em Eletrônica e Física Aplicada, construiu um aparato para medir a previsão de décadas desse fenômeno e publicou seus resultados na edição de 20 de dezembro da revista. Natureza .

"Esta é uma situação interessante em que a indústria está usando algo porque funciona, mas o mecanismo não é bem compreendido, "disse Jeremy Munday, o líder da pesquisa. "Para monitores LCD, por exemplo, sabemos como criar cristais líquidos retorcidos, mas não sabemos realmente por que eles torcem. Nosso estudo prova que o torque de Casimir é um componente crucial do alinhamento do cristal líquido. É o primeiro a quantificar a contribuição do efeito Casimir, mas não é o primeiro a provar que contribui. "

O dispositivo posiciona um cristal líquido a apenas dezenas de nanômetros de um cristal sólido. Com um microscópio polarizador, os pesquisadores então observaram como o cristal líquido se torce para coincidir com o eixo cristalino do sólido.

A equipe usou cristais líquidos porque eles são muito sensíveis às forças externas e podem torcer a luz que passa por eles. Sob o microscópio, cada pixel com imagem é claro ou escuro, dependendo de quão torcida é a camada de cristal líquido. No experimento, uma leve mudança no brilho de uma camada de cristal líquido permitiu à equipe de pesquisa caracterizar a torção do cristal líquido e o torque que a causou.

O efeito Casimir pode fazer peças em nanoescala se moverem e pode ser usado para inventar novos dispositivos em nanoescala, como atuadores ou motores.

"Pense em qualquer máquina que requer um torque ou torção para ser transmitida:eixos de transmissão, motores, etc, "disse Munday." O torque Casimir pode fazer isso em nanoescala. "

Saber a quantidade de torque Casimir em um sistema também pode ajudar os pesquisadores a entender os movimentos das peças em nanoescala alimentadas pelo efeito Casimir.

A equipe testou alguns tipos diferentes de sólidos para medir seus torques Casimir, e descobriu que cada material tem sua própria assinatura única de torque Casimir.

Os dispositivos de medição foram construídos no Fab Lab do UMD, uma instalação de usuário compartilhada e ferramentas de habitação de sala limpa para fazer dispositivos em nanoescala.

No passado, os pesquisadores também fizeram as primeiras medições de uma força repulsiva de Casimir e uma medição da força de Casimir entre duas esferas. Eles também fizeram algumas previsões que poderiam ser confirmadas se a técnica de medição atual pudesse ser refinada; Munday relata que eles estão testando outros materiais para controlar e ajustar o torque.

Munday é professor associado de engenharia elétrica e de computação na Escola de Engenharia A. James Clark da UMD, e seu laboratório está localizado no Instituto de Pesquisa em Eletrônica e Física Aplicada da UMD, que permite a pesquisa interdisciplinar entre suas faculdades de ciências naturais e de engenharia.

"Experimentos como este estão nos ajudando a entender e controlar melhor o vácuo quântico. É o que se pode chamar de 'a física do espaço vazio, 'que após um exame mais atento parece não ser tão vazio, afinal, "disse John Gillaspy, o oficial do programa de física que supervisionou o financiamento da pesquisa pela NSF.

"Classicamente, o vácuo está realmente vazio - é, por definição, a ausência de qualquer coisa, "disse Gillaspy." Mas a física quântica prevê que mesmo o espaço mais vazio que se pode imaginar é preenchido com partículas e campos 'virtuais', flutuações quânticas no vazio puro que levam a sutis, mas muito real, efeitos que podem ser medidos e até mesmo explorados para fazer coisas que de outra forma seriam impossíveis. O universo contém muitas coisas complicadas, no entanto, ainda há perguntas sem resposta sobre alguns dos mais simples, fenômenos mais fundamentais - esta pesquisa pode nos ajudar a encontrar algumas das respostas. "