En el mundo microscópico, donde operan las máquinas miniaturizadas modernas en las nuevas fronteras de la tecnología, siempre que haya solo dos partículas, las cosas son relativamente simples. Sin embargo, cuando se agregan otras partículas, la situación pronto se vuelve más complicada que comúnel sentido sugeriría. Imagine que hay dos personas empujando un automóvil averiado: la fuerza total es la suma de sus fuerzas. Del mismo modo, si hay tres personas, sería la suma de la fuerza de estas tres personas, y así sucesivamente.. Ahora imagine una partícula sólida de unas pocas milésimas de milímetro, un coloide, inmerso en fluido. Imagine también que justo delante hay una partícula similar. Si hay fluctuaciones térmicas "críticas" en el fluido que las separa, las dos partículasse repelerán o se atraerán entre sí sin siquiera tocarse: las fluctuaciones son responsables de ello. En otras palabras, emerge una fuerza de interacción, conocida como fuerza "Casimir crítica", como si las partículas estuvieran conectadas por un resorte invisible.Para obtener fluctuaciones críticas, solo necesitamos uno de los muchos líquidos transparentes compuestos de una mezcla de dos fluidos que se separan gradualmente como el aceite y el agua cuando se eleva su temperatura.
¿Qué sucede cuando entra un tercer coloide? "Algo contradictorio", explica el profesor de SISSA, Andrea Gambassi, uno de los autores del estudio, "la fuerza total que una de las partículas" percibe "es diferente de la suma de losinteracciones con las otras dos partículas cuando están presentes por separado ". Para Gambassi, las fuerzas críticas de Casimir no son nuevas: en 2008, fue uno de los autores del estudio, publicado en Naturaleza , donde estas fuerzas, que se habían predicho teóricamente desde 1978, se midieron directamente por primera vez ". En palabras simples" continúa, "estas fuerzas no se suman linealmente como lo hacen las fuerzas en nuestra vida diaria. Aquí estamoslidiar con lo que los físicos llaman un efecto de muchos cuerpos, que es típico de las fuerzas inducidas por fluctuaciones ".
El nuevo estudio midió este efecto por primera vez en un sistema compuesto por microesferas de vidrio sílice sumergidas en fluido. Al medir las fuerzas críticas de Casimir con solo dos partículas y luego con tres, los investigadores demostraron la falta de sensibilidad de estas fuerzas."El conocimiento de estos efectos es muy importante desde el punto de vista de la investigación fundamental y aplicada, especialmente para los científicos que diseñan micro máquinas para realizar una variedad de tareas. Cada micro máquina está compuesta de varios componentes mecánicos en movimiento relativo. y para comprender cómo interactúan los diferentes 'engranajes' entre sí, el conocimiento de la interacción de muchos cuerpos es crucial, especialmente en presencia de fluidos ", explica Gambassi.
rayos láser, pinzas ópticas y mezclas críticas
El experimento, realizado por el grupo dirigido por el profesor Giovanni Volpe de la Universidad de Bilkent en Turquía, comienza con coloides sumergidos en una mezcla de agua y lutidina una sustancia aceitosa. Por debajo de 34 ° C, esta mezcla es similar al agua, pero cuando se eleva la temperatura, se produce una transición: primero el líquido se vuelve opaco debido a los efectos de las fluctuaciones críticas, luego el aceite comienza a separarse, flotando en el agua ". Es alrededor de esta fase de transición que observamos la gran cantidad deefectos corporales ", explica Volpe.
Los coloides sumergidos en un líquido se mueven aleatoriamente y se difunden con el llamado movimiento browniano, explicado teóricamente por Einstein. Para "confinarlos", los rayos láser delgados se enfocaron en un punto dentro del líquido: cuando las partículas ingresaron alhaz, tendían a quedarse donde la luz era más intensa. De esta manera, el láser enfocado actuaba como una pinza óptica. Al mantener dos coloides juntos usando dos rayos láser, era posible medir con precisión sus movimientos aleatorios con un video grabadodel microscopio. Luego, usando métodos estadísticos, las fuerzas en juego fueron reconstruidas. Con la ayuda de una tercera pinza óptica, los investigadores agregaron una tercera partícula ". Al acercarse a la transición de fase, al comparar el experimento con dos y tres coloides, observamos que no había una adición lineal de las fuerzas y que los efectos de muchos cuerpos estaban presentes ", explica el profesor Siegfried Dietrich, Director del Instituto Max-Planck para Sistemas Inteligentes enStuttgart, Alemania, y coautor del estudio."Por supuesto, si agregamos más coloides, la situación se volvería más complicada e interesante".Y Volpe concluye: "De esta manera demostramos que el efecto de muchos cuerpos es real y logramos medirlo con una precisión inesperada, especialmente cuando consideramos que estamos lidiando con fuerzas de una milésima de millonésima parte de un gramo. Ahora nosotrosquisiera usarlos para diseñar y desarrollar nuevas micro máquinas "
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Materiales proporcionado por Escuela Internacional de Estudios Avanzados SISSA . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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