Força de Casimir pode ser revertida e até ajustada

Redação do Site Inovação Tecnológica -  20/03/2019

A descoberta foi feita pelo mesmo grupo que previu os cristais do tempo, que poderão sobreviver ao fim do Universo. [Imagem: APS/Alan Stonebraker]

Força de Casimir repulsiva

Coloque duas placas de metal sem carga bem próximas, paralelamente, no vácuo, e elas se atraem - essa é a Força de Casimir.

Identificada pela primeira vez em 1948, a Força de Casimir demonstra que o vácuo não está vazio, mas cheio de flutuações quânticas dos fótons virtuais do campo eletromagnético.

Ela é o terror dos engenheiros que trabalham com máquinas ultraminiaturizadas, como os MEMS (sistemas microeletromecânicos), NEMS (sistemas nanoeletromecânicos) e micro e Nano Robôs. Quando ficam pequenas demais, as peças grudam umas nas outras ou se desgastam rapidamente por um atrito muito maior do que aquele que ocorre em escala macro.

Em princípio, essa Força de Casimir também poderia ser repulsiva. Mas, para duas placas do mesmo material que se espelham, um famoso teorema "no-go" - ou teorema de impossibilidade - diz que isso não é possível.

Contudo, Qing-Dong Jiang e Frank Wilczek, da Universidade de Estocolmo, na Suécia, não apenas mostraram que a Força de Casimir pode se tornar repulsiva, como também ela pode ser reforçada e até ajustada para um nível determinado.

Para isso, basta inserir um material quiral entre as placas metálicas.

Material quiral

Jiang e Wilczek observaram que o teorema da impossibilidade no caso da Força de Casimir assume que os fótons polarizados circularmente à esquerda e à direita se comportam da mesma maneira. Assim, o teorema pode ser contornado, argumentam eles, pela inserção, entre as placas, de um material que quebra essa simetria.

Esse material quiral fará com que os dois tipos de fótons tenham velocidades diferentes e, consequentemente, cada um deles transfira uma quantidade diferente de momento para as placas.

Os dois pesquisadores descobriram que a amplitude e, crucialmente, o sinal da Força de Casimir podem ser ajustados alterando a distância entre as placas ou alterando a força de um campo magnético aplicado externamente.

Isso poderia produzir uma força repulsiva de Casimir mais de 3 vezes mais forte do que a força atrativa para a mesma configuração no vácuo.

Engenheiros que trabalham com a miniaturização de equipamentos esperam avidamente pelos testes experimentais que comprovem os efeitos calculados pela dupla.

Bibliografia:

Chiral Casimir forces: Repulsive, enhanced, tunable
Qing-Dong Jiang, Frank Wilczek
Physical Review B
Vol.: 99, 125403
DOI: 10.1103/PhysRevB.99.125403