En ny vetenskaplig artikel publicerad, till viss del, av en fysiker från University of New Mexico kastar ljus över en märklig kraft som påverkar partiklar på den minsta nivån av den materiella världen.

Upptäckten, publicerad i Fysiska granskningsbrev , gjordes av ett internationellt team av forskare under ledning av UNM biträdande professor Alejandro Manjavacas vid institutionen för fysik &astronomi. Samarbetspartners i projektet inkluderar Francisco Rodríguez-Fortuño (King's College London, STORBRITANNIEN.), F. Javier García de Abajo (Institutet för fotoniska vetenskaper, Spanien) och Anatoly Zayats (King's College London, STORBRITANNIEN.).

Fynden relaterar till ett område av teoretisk nanofotonik och kvantteori som kallas Casimir-effekten, en mätbar kraft som finns mellan föremål inuti ett vakuum som orsakas av fluktuationer av elektromagnetiska vågor. När man studerade med klassisk fysik, vakuumet skulle inte producera någon kraft på föremålen. Dock, när man tittar på att använda kvantfältteori, vakuumet är fyllt med fotoner, skapar en liten men potentiellt betydande kraft på föremålen.

"Dessa studier är viktiga eftersom vi utvecklar nanoteknik där vi kommer in på avstånd och storlekar som är så små att dessa typer av krafter kan dominera allt annat, " sa Manjavacas. "Vi vet att dessa Casimir-styrkor finns, så, vad vi försöker göra är att ta reda på den totala effekten de har mycket små partiklar."

Manjavacas forskning expanderar på Casimir-effekten genom att utveckla ett analytiskt uttryck för den laterala Casimir-kraften som upplevs av nanopartiklar som roterar nära en plan yta.

Föreställ dig en liten sfär (nanopartikel) som roterar över en yta. Medan sfären saktar ner på grund av att fotoner kolliderar med den, den rotationen gör också att sfären rör sig i sidled. I vår fysiska värld, friktion mellan sfären och ytan skulle behövas för att uppnå sidorörelse. Dock, nanovärlden följer inte samma uppsättning regler, eliminerar behovet av kontakt mellan sfären och ytan för att rörelse ska uppstå.

"Nanopartikeln upplever en sidokraft som om den var i kontakt med ytan, även om det faktiskt är skilt från det, " sade Manjavacas. "Det är en konstig reaktion men en som kan visa sig ha betydande inverkan för ingenjörer."

Även om upptäckten kan verka något oklar, det är också extremt användbart för forskare som arbetar inom den ständigt utvecklande nanoteknikindustrin. Som en del av deras arbete, Manjavacas säger att de också har lärt sig att kraftens riktning kan kontrolleras genom att ändra avståndet mellan partikeln och ytan, en förståelse som kan hjälpa nanotekniska ingenjörer att utveckla bättre objekt i nanoskala för sjukvård, datorer eller en mängd andra områden.

För Manjavacas, projektet och denna senaste publikation är bara ytterligare ett steg framåt i hans forskning om dessa Casimir-krafter, som han har studerat under hela sin vetenskapliga karriär. Efter att ha tagit sin Ph.D. från Complutense University of Madrid (UCM) 2013, Manjavacas arbetade som postdoktor vid Rice University innan han kom till UNM 2015.