Casimir Force är en välkänd effekt som härrör från kvantfluktuationen av elektromagnetiska fält i ett vakuum. Nu har en internationell grupp forskare rapporterat en motpol till den teorin, att öka förståelsen för energifluktuationer inom vätskor.

I sista hand, sa Rodolfo Ostilla-Mónico, Målet är att tillämpa resultaten för att bättre förstå det kollektiva beteendet hos bakterier och andra organismer. Ostilla-Mónico, biträdande professor i maskinteknik vid University of Houston, är medförfattare till en artikel som beskriver upptäckten, publicerad fredag ​​i Vetenskapens framsteg .

Den vanliga effekten av Casimir Force är väl förstått, sa Ostilla-Mónico. "Detta är en analog till denna kraft i ett icke-kvantsystem. Vi är särskilt intresserade av de biologiska implikationerna."

Förutom Ostilla-Mónico, forskare som är involverade i projektet inkluderar Daniel Putt, en doktorand vid UH; Vamsi Spandan från Harvard University; och Alpha A. Lee från University of Cambridge.

Arbetet bygger på Casimir Force, en av fysikens styrande principer som beskriver en kraft som uppstår från de oändliga elektromagnetiska vågorna som finns i ett vakuum. Det antyder att ett vakuum, istället för att vara tom, är fylld med energi, och detta demonstreras genom att mäta kraften när två plattor placerade i vakuumet attraheras och rör sig närmare varandra eftersom de begränsar fluktuationerna i det elektromagnetiska fältet. Den holländska fysikern Hendrick Casimir förutspådde först effekten 1948.

Det aktuella arbetet fokuserade på liknande sätt på studiet av fluktuationsinducerad kraft mellan två plattor; i detta fall var plattorna nedsänkta i isotrop turbulens, ett scenario där turbulenta svängningar är desamma i alla riktningar. Den designades för att illustrera hur hydrodynamisk turbulens genererar kraft mellan objekt även när flödet inte har någon föredragen riktning.

Arbetet, forskarna skrev, "belyser hur längdskalberoende distributioner av energi och högintensiva virvelstrukturer bestämmer Casimir-krafterna."

Ostilla-Mónico sa att de kunde kvantifiera att Casimirs styrkor beror på specifika parametrar, inklusive turbulens och placering av plattorna.

Fynden har implikationer för mikro- och nanotillverkning, men Ostilla-Mónico sa att arbetet växte fram ur forskarnas intresse för att lära sig mer om bakteriers beteende. Bakterier är mer komplexa att studera, även beräkningsmässigt, men de bestämde att studiet av turbulens skulle erbjuda några paralleller, eftersom båda kontinuerligt förbrukar energi och genererar liknande flödesfält.

"Turbulens behöver energi för att fortsätta, " sa han. "Bakterier måste ständigt matas för att kunna fortsätta röra sig."