Força de Casimir é usada para controlar e manipular objetos

Domar essa "força que emerge do nada" promete inúmeros usos tecnológicos e em experimentos científicos.
[Imagem: Jake Art]

Controlar objetos sem contato

Uma colaboração entre pesquisadores australianos e norte-americanos descobriu uma maneira de medir e tirar proveito de uma força mais conhecida por dificultar a miniaturização de aparelhos como MEMS, nanorrobôs e das mais futurísticas nanomáquinas.

Trata-se de uma nova maneira para tirar proveito da força de Casimir - ou efeito Casimir - e usá-la para manipular e controlar objetos sem contato, permitindo maior sensibilidade sem adicionar perdas.

Com a miniaturização, essa pequena força agora está atraindo interesse em campos como metrologia - a ciência da medição -, sensoriamento, robótica e vários outros.

"Se você puder medir e manipular a força de Casimir nos objetos, então ganhamos a capacidade de melhorar a sensibilidade à força e reduzir as perdas mecânicas, com o potencial para impactar fortemente a ciência e a tecnologia," disse o professor Michael Tobar, da Universidade Oeste da Austrália.

Força de Casimir

Para entender a força de Casimir, é preciso lembrar que, na realidade, não existe um vácuo que seja um vazio absoluto.

Ainda que você conseguisse tirar o último átomo de um espaço qualquer, esse espaço estaria repleto de partículas virtuais, fótons que surgem e desaparecem o tempo todo - experimentos já conseguiram capturar essa matéria surgindo do nada e, mais recentemente, descobriu-se que até mesmo o calor pode se mover pelo "vácuo".

"Essas flutuações interagem com objetos colocados no vácuo e de fato crescem em magnitude à medida que a temperatura aumenta, causando uma força mensurável surgindo do 'nada' - também conhecida como força de Casimir.

"Isso é útil porque vivemos à temperatura ambiente. Nós agora mostramos que também é possível usar a força [de Casimir] para fazer coisas legais. Mas, para isso, precisamos desenvolver uma tecnologia de precisão que nos permitiu controlar e manipular objetos com essa força," explicou o professor Tobar.


Esquema do dispositivo e seu uso.
[Imagem: J. M. Pate et al. - 10.1038/s41567-020-0975-9]

Sensor e atuador

A tecnologia consiste em uma cavidade capaz de manipular fótons de micro-ondas com precisão extrema - também conhecida como cavidade reentrante. Os fótons são manipulados conforme ricocheteiam entre a cavidade reentrante e uma fina membrana metálica.

"Devido à força de Casimir entre os objetos, a membrana metálica, que se flexiona para frente e para trás, tem suas oscilações, semelhantes às de uma mola, significativamente modificadas," explicou o professor Tobar, destacando que é possível usar os fótons para manipular as propriedades da membrana e da cavidade reentrante.

Com isto, a membrana pode ser usada tanto para "sentir" a força de Casimir, medindo-a com uma precisão inédita, como para tirar proveito dela, "focalizando" a força nos objetos que se deseja manipular.

"Isso permitiu uma melhoria de ordens de magnitudes na sensibilidade da força e na capacidade de controlar o estado mecânico da membrana," finalizou Tobar.

Bibliografia:

Artigo: Casimir spring and dilution in macroscopic cavity optomechanics
Autores: Jacob M. Pate, M. Goryachev, R. Y. Chiao, J. E. Sharping, Michael E. Tobar
Revista: Nature Physics
DOI: 10.1038/s41567-020-0975-9

FONTE: SITE INOVAÇÃO TECNOLOGICA