Een nieuw wetenschappelijk artikel gepubliceerd, gedeeltelijk, door een natuurkundige van de Universiteit van New Mexico licht werpt op een vreemde kracht die deeltjes op het kleinste niveau van de materiële wereld treft.

De vondst, gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , is gemaakt door een internationaal team van onderzoekers onder leiding van UNM-assistent-professor Alejandro Manjavacas van de afdeling Natuur- en Sterrenkunde. Medewerkers aan het project zijn onder meer Francisco Rodríguez-Fortuño (King's College London, VK), F. Javier García de Abajo (Het Instituut voor Fotonische Wetenschappen, Spanje) en Anatoly Zayats (King's College London, VK).

De bevindingen hebben betrekking op een gebied van theoretische nanofotonica en kwantumtheorie dat bekend staat als het Casimir-effect, een meetbare kracht die bestaat tussen objecten in een vacuüm veroorzaakt door de fluctuaties van elektromagnetische golven. Wanneer bestudeerd met behulp van klassieke natuurkunde, het vacuüm zou geen kracht op de objecten uitoefenen. Echter, wanneer gekeken naar het gebruik van de kwantumveldentheorie, het vacuüm is gevuld met fotonen, het creëren van een kleine maar potentieel significante kracht op de objecten.

"Deze studies zijn belangrijk omdat we nanotechnologieën ontwikkelen waarbij we in afstanden en afmetingen komen die zo klein zijn dat dit soort krachten al het andere kan domineren, "zei Manjavacas. "We weten dat deze Casimir-troepen bestaan, dus, wat we proberen te doen is erachter te komen wat de algehele impact is die ze hebben met zeer kleine deeltjes."

Manjavacas' onderzoek breidt het Casimir-effect uit door een analytische uitdrukking te ontwikkelen voor de laterale Casimir-kracht die wordt ervaren door nanodeeltjes die rond een plat oppervlak roteren.

Stel je een kleine bol (nanodeeltje) voor die over een oppervlak draait. Terwijl de bol vertraagt ​​door fotonen die ermee in botsing komen, die rotatie zorgt er ook voor dat de bol in zijwaartse richting beweegt. In onze fysieke wereld, wrijving tussen de bol en het oppervlak zou nodig zijn om zijdelingse beweging te bereiken. Echter, de nanowereld volgt niet dezelfde regels, waardoor er geen contact tussen de bol en het oppervlak nodig is om beweging te laten plaatsvinden.

"Het nanodeeltje ervaart een zijdelingse kracht alsof het in contact staat met het oppervlak, ook al is het er feitelijk van gescheiden, "zei Manjavacas. "Het is een vreemde reactie, maar wel een die een aanzienlijke impact kan hebben op ingenieurs."

Hoewel de ontdekking misschien wat duister lijkt, het is ook uitermate nuttig voor onderzoekers die werkzaam zijn in de altijd evoluerende nanotechnologie-industrie. Als onderdeel van hun werk, Manjavacas zegt dat ze ook hebben geleerd dat de richting van de kracht kan worden gecontroleerd door de afstand tussen het deeltje en het oppervlak te veranderen. een begrip dat nanotech-ingenieurs kan helpen betere objecten op nanoschaal voor de gezondheidszorg te ontwikkelen, computergebruik of een verscheidenheid aan andere gebieden.

Voor Manjavaca's, het project en deze laatste publicatie zijn slechts een nieuwe stap voorwaarts in zijn onderzoek naar deze Casimir-krachten, die hij gedurende zijn wetenschappelijke loopbaan heeft bestudeerd. Na het behalen van zijn Ph.D. van de Complutense Universiteit van Madrid (UCM) in 2013, Manjavacas werkte als postdoctoraal onderzoeker aan de Rice University voordat hij in 2015 naar UNM kwam.