De kracht is niet alleen sterk in de overlevering van Star Wars, maar ook als een fundamentele eigenschap in de natuurkunde. Bijvoorbeeld, wetenschappers kunnen twee ongeladen metalen platen dicht bij elkaar plaatsen in een vacuüm, en "voila!" - ze zullen elkaar aantrekken zoals Luke Skywalker en zijn vertrouwde lichtzwaard.

In 1948, De Nederlandse theoretisch fysicus Hendrick Casimir voorspelde eerst een aantrekkingskracht die verantwoordelijk was voor dit effect - later het Casimir-effect genoemd. Een halve eeuw later, in 1996, de Casimir-kracht werd voor het eerst experimenteel gemeten door Steve Lamoreaux in het Los Alamos National Laboratory.

Maar net als de lichte en donkere kant van de kracht in Star Wars, wetenschappers hebben zich afgevraagd, kan er een gelijke maar tegengestelde soort Casimir-kracht zijn?

"Tussen twee gelijkaardige materialen, deze kracht komt altijd overeen met een aantrekkende Casimir-kracht, ongeacht de bemiddelende materialen, " zei Frank Wilczek, natuurkundige van de Arizona State University. "Toch kan de Casimir-kracht in principe afstotend zijn."

Wilczek legt uit dat het genereren van een afstotende Casimir-kracht veel interesse heeft gekregen in praktische toepassingen zoals de halfgeleiderindustrie, omdat chips steeds kleiner zijn geworden met kenmerken op atomaire schaal.

"In recente jaren, mensen hebben aanzienlijke inspanningen geleverd om weerzinwekkende Casimir-krachten te realiseren, vooral met het oog op toepassingen op nano-apparaten en colloïden, die nabijgelegen delen kan bevatten die men gescheiden wil houden."

Nutsvoorzieningen, Wilczek, samen met collega Qing-Dong Jiang van de Universiteit van Stockholm, voor het eerst hebben aangetoond dat de Casimir-kracht kan worden omgekeerd en weerzinwekkend kan worden gemaakt, afstembaar of verbeterd, afhankelijk van de eigenschappen van het materiaal dat tussen de platen wordt ingebracht.

"We vinden dat de Casimir-kracht kan, als functie van de afstand, schommelen tussen aantrekkelijk en afstotend, en dat het kan worden afgestemd door toepassing van een extern magnetisch veld, " zei

Wilczek, een professor in de natuurkunde aan de ASU die ook faculteitsbenoemingen heeft aan het Massachusetts Institute of Technology en de Universiteit van Stockholm.

Verre van een wetenschap over niets, het "materiaal" in de lege ruimte van stofzuigers tussen de twee metalen platen, vanwege kwantumeffecten, zijn eigenlijk rivieren die wemelen van een onzichtbare kracht - elektromagnetische golven die onaangeboorde energie bevatten. Tijdens het Casimir-effect, terwijl de platen naar elkaar toe worden bewogen, sommige golven in het vacuüm worden geleidelijk uitgeperst, meer energie geven aan hun omgeving, en het veroorzaken van de aantrekkingskracht.

Het vacuüm is gevuld met kwantumfluctuaties van het elektromagnetische veld - virtuele fotonen die in en uit het bestaan ​​springen - waarvan wordt aangenomen dat ze zich op dezelfde manier gedragen. Om de platen weerzinwekkend en afstembaar te maken, Wilczek en collega Qing-Dong Jiang van de Universiteit van Stockholm hebben een materiaal tussen de platen geplaatst dat dit gedrag verbreekt. Dit "chirale" materiaal (chiraal komt van het Griekse woord dat hand betekent) veroorzaakt twee soorten fotonen die verschillen zoals je linker- en rechterhand, of in dit geval rechts en links circulair gepolariseerde fotonen. Het materiaal zorgt ervoor dat de fotonen verschillende snelheden hebben die elk een andere hoeveelheid momentum op de platen kunnen overbrengen.

Wilczek en Jiang berekenden de Casimir-kracht tussen twee platen voor twee soorten tussenliggende chirale materialen en bij verschillende temperaturen. Ze ontdekten dat de kracht kon worden aangepast door de afstand tussen de platen te veranderen of de sterkte van een aangelegd magnetisch veld te veranderen. Ze ontdekten dat het maken van deze aanpassingen een afstotende Casimir-kracht kan opleveren die meer dan drie keer zo sterk is als de aantrekkende kracht voor dezelfde opstelling in een vacuüm.

"De sleutel tot het realiseren van afstotende Casimir-krachten tussen vergelijkbare objecten is om een ​​tussenliggend chiraal materiaal tussen hen in te voegen, " zei Wilczek. "De chirale Casimir-kracht heeft verschillende onderscheidende kenmerken:het kan oscillerend zijn, de omvang ervan kan groot zijn, en het kan variëren als reactie op externe magnetische velden."

Hun hoop is dat deze resultaten natuurkundigen en ingenieurs die geïnteresseerd zijn in halfgeleiders en nanodevices een nieuwe manier zullen bieden om het gedrag en de eigenschappen van verschillende materialen op kwantumniveau te onderzoeken.

"Door de verbinding van deze kracht met onafhankelijk meetbare materiaaleigenschappen, men verkrijgt een schat aan voorspelde verschijnselen die de macroscopische effecten van kwantumfluctuaties direct weerspiegelen."

En misschien, wetenschappers kunnen zelfs een beetje innovatie-inspiratie putten door gebruik te maken van hun innerlijke Star Wars-nerd uit een van de beroemdste filmcitaten van Darth Vader:"Onderschat de kracht niet."