Ciertas nanopartículas deben formar grupos moleculares estables porque las fuerzas de Casimir entre ellos los repelen a distancias cortas pero los atraen a distancias más largas.

El efecto Casimir es una fuente constante de fascinación para los físicos. Este efecto existe por la naturaleza cuántica del vacío, el cual está lleno de ondas electromagnéticas que aparecen y dejan de existir.

Si colocas muy cerca dos placas paralelas hechas de un material conductor en este vacío, las ondas largas no podrán encajar entre ellas. Por tanto, estas ondas empujarán las placas entre sí. Es la famosa fuerza de Casimir medida con precisión por primera vez en 1997.

Más recientemente, los físicos han calculado que la combinación de varios materiales distintos en diferentes formas deberían generar fuerzas repulsivas (aunque esta fuerza todavía debe ser medida).

Hoy, Alejandro Rodríguez y sus compañeros en el M.I.T en Cambridge dicen que eligiendo concienzucamente nanopartículas de distintos materiales y tamaños, las fuerzas atractivas y repulsivas de Casimir deberían conducir a una configuración estable: la molécula de Casimir, podríamos decir.

En un análisis impresionante, Rodríguez y compañía han calculado las fuerzas de Casimir para distintas combinaciones de placas infinitas hechas alternativamente de silicio y dióxido de silicio, para las nanopartículas y para las placas alternas y las esferas.

Pero su análisis más interesante recae recae en las fuerzas entre el Teflón y nanoesferas de silicio sumergidas en etanol. Eligiendo el radio de estas esferas con cuidado pueden ser suspendidas contra la fuerza de gravedad sobre una plancha infinita. Lo cual parece indicar que a separaciones menores a 100 nm las fuerzas se vuelven repulsivas, pero a distancias mayores se vuelven atractivas.

Claramente, esta es una situación fascinante en la que las esferas deberían formar una especie de conglomerado estable sin tocarse. Lo que es más, este es un experimento que podría realizarse con bastante sencillez hoy, dado que el tamaño de las nanopartículas puede controlarse con la precisión que se desee.

Es un asunto interesante pero los experimentos deben luchar contra la enorme dificultad. El equipod el MIT reconoce que incluso calcular el signo de la fuerza de Casimir en una geometría compleja es muy complicado.

Esto es en parte debido a que las fuerzas de Casimir no son aditivas como las fuerzas convencionales. Así que, cuando se debe considerar más de una fuerza, la complejidad de los cálculos aumenta rápidamente. (En este caso, hay fuerzas atractivas y repulsivas entre las esferas al igual que la fuerza sobre la plancha infinita.)

Este es el motivo por el que no es posible generalizar con sencillez el efecto más allá, quizá para crear una lámina entera de nanopartículas estables. Y ni siquiera se sabe si es posible ese tipo de cristal de Casimir 2D estable.

Pero el equipo del MIT dice que esta configuración de nanopartículas de Teflón-silicio es un buen punto de partida para la investigación experimental. ¡Buena suerte!

Una pregunta que el equipo no aborda en este paper es para qué serían útiles este tipo de moléculas de Casimir o cristales. Cualquier sugerencia es bienvenida.

Ref: arxiv.org/abs/0912.2243: Non-touching Nanoparticle Diclusters Bound By Repulsive and Attractive Casimir Forces

Traducción libre de How to Build Casimir Molecules.