La teoría cuántica de campos ha predicho un efecto medible vinculado a una fuerza de atracción, conocido como efecto Casimir, que surge entre elementos metálicos distanciados entre sí por un cierto nivel de separación.
Efecto Casimir es el nombre de una fuerza de poder atractivo que se asocia a una derivación del vacío cuántico.
Este efecto de esencia medible que fue anticipado por la teoría cuántica de campos también se conoce como fuerza de Casimir-Polder. Aluden desde estas denominaciones tanto a Hendrik Casimir como a Dirk Polder, dos físicos que llevaron a cabo un experimento empleando placas paralelas y consiguieron detectar y demostrar, hacia el año 1948, la existencia de este efecto / fuerza que se evidencia entre elementos de metal mínimamente separados entre sí.
Saber en qué consiste y qué genera el efecto Casimir es relevante en los ámbitos de la nanotecnología y la cosmología, por ejemplo. A raíz de múltiples pruebas e investigaciones se ha llegado a predecir que el efecto Casimir, en ocasiones, puede tener poder repulsivo, aunque todavía queda mucho por aprender y descubrir al respecto.
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ResumenConceptos y fenómenos que se relacionan con el efecto Casimir
Al recopilar información sobre las particularidades del efecto Casimir se advierte que hay varios conceptos y fenómenos que se relacionan con él.
Las fuerzas de Van der Waals (tal como se define en el campo de la fisicoquímica a un tipo de fuerzas entre moléculas o átomos) se vinculan, en concreto, al efecto Casimir en medios dieléctricos. Al respecto es enriquecedor resaltar que el físico Evgeny Lifshitz contribuyó al área de la electrodinámica cuántica al calcular, en una estructura macroscópica de esencia arbitraria conformada por dieléctricos y metales, la fuerza de Casimir-Polder.
Hay que tener presente que el efecto Casimir consigue manifestarse como una fuerza entre objetos, específicamente haciendo mención al nivel de energía dependiente de los formatos y las ubicaciones de materiales dieléctricos y metales conductores. En este punto se debe señalar que estos provocan una alteración en el valor del vacío que se espera en relación a la energía vinculada al campo electromagnético cuantizado.
Por medio del efecto Casimir, asimismo, se llega, de modo sencillo, a evidenciar experimentalmente que, en el marco de la teoría cuántica de campos, existe la energía del punto cero.
El efecto Casimir es estudiado y aplicado en distintos ámbitos ya que, por ejemplo, indica que en el vacío del espacio existen fuerzas cuánticas.
Experimentos
A lo largo de la Historia se han llevado a cabo diferentes experimentos del efecto Casimir. Uno de los primeros en abordar este tema experimentalmente fue Marcus Spaarnay, quien trabajó con placas paralelas y logró resultados que, si bien no contradecían a la teoría planteada por Casimir, presentaban serios errores en el desarrollo de la prueba.
Décadas después, Steve K. Lamoreaux retomó el asunto junto a Anushree Roy, consiguiendo una mayor precisión en la medición. En ese caso se empleó una placa plana y otra enlazada a una esfera con un pronunciado radio de curvatura. Hace algunos años, en tanto, expertos de una universidad italiana hicieron uso de microrresonadores a fin de determinar la fuerza de Casimir existente entre un par de placas. También surgieron análisis focalizados en la posibilidad de arribar a un efecto Casimir de orden repulsivo, pero hasta el momento sigue en estudio esta cuestión.
Más cerca en el tiempo se registraron intentos de investigación orientados a las fuerzas de Casimir de índole repulsiva. Para esto se dispusieron láminas de grafeno enmarcadas en un campo magnético de gran intensidad. En ese contexto, se observó un efecto Hall cuántico en el grafeno y los niveles de Landau arrojaron resultados discretos de energía.
Tampoco se puede pasar por alto el poder atribuido al efecto Casimir respecto a la influencia de éste en el movimiento lateral de una esfera que no mantiene contacto con ningún tipo de superficie. Este panorama salió a la luz en un intento por averiguar qué impacto tiene el efecto Casimir en las partículas más diminutas de todas. Para los responsables de este estudio, estos hallazgos pueden ser importantes para el desarrollo de nanopartículas destinadas a la fabricación de productos tecnológicos o a la investigación biomédica.
La fuerza de Casimir ha sido estudiada a través de una investigación basada en el uso de láminas de grafeno, por describir un caso específico.
Variedades de efecto Casimir
Se reconocen en la práctica dos grandes variedades de efecto Casimir: uno dinámico y otro que se describe como estático.
La primera clasificación supone un mecanismo de surgimiento espontáneo de partículas en base al vacío cuántico. Cuando el efecto Casimir se presenta como dinámico se advierte una producción de una serie de fotones reales partiendo de unos fotones virtuales propios del vacío cuántico.
El efecto Casimir estático, por otra parte, se apreció desde que se hicieron pruebas apelando a un par de espejos planos que se ubicaron de manera paralela y próximos entre sí. Según se comprobó en esa experiencia, entre estos elementos hubo una atracción producto de unas partículas virtuales. Se explicó, en ese contexto, que cuando el hueco que queda entre los materiales es más chico que la longitud de onda asociada a las partículas virtuales, éstas resultan eliminadas de dicho espacio. Como adentro del hueco hay más presión de vacío que afuera, entonces hay una fuerza suficiente como para empujar a los espejos.
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