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Archivo del 15 de marzo de 2022

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El Efecto Casimir y algunos misterios por desvelar

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo    ~    Comentarios Comments (8)

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                                                         NAE Website - HENDRIK B.G. CASIMIR 1909–2000

Hendrik Casimir. 1909 Director of Philips’ research laboratories, Eindhoven, Netherlands Assistant to Wolfgang Pauli: Winter semester 1932-1933 – Summer semester 1933 © Pauli Archive, CERN, Geneva.

         Noésis(Νόησις) — El antiparmenídeo efecto Casimir en el vacío cuántico: Del no-ser se engendra el ser

El que arriba vemos era el físico teórico holandés Hendrik Casimir que fue el primero en observar que cuando dos espejos se enfrentaban en el vacío, las fluctuaciones en el vacío ejercen “presión de radiación” sobre ellos. En media, la presión externa es mayor que la presión interna. Ambos espejos se atraen mutuamente hacia el otro por la llamada Fuerza de Casimir. La fuerza F ~ A / d4 , donde A es el área de los espejos y d es la distancia entre los mismos.

                                                              Noésis(Νόησις) — El antiparmenídeo efecto Casimir en el vacío cuántico: Del no-ser se engendra el ser

La Fuerza de Casimir es el efecto mecánico más famoso de las fluctuaciones del vacío. Considera la separación entre dos espejos planos como una cavidad . Todos los campos electromagnéticos tienen un “espectro” característico que contienen muchas frecuencias distintas. En un vacío libre todas las frecuencias tienen la misma importancia. Pero dentro de la cavidad, donde el campo es reflejado sucesivamente entre los espejos, la situación es distinta. El campo se amplifica si múltiplos enteros de la mitad de la longitud de onda encajan exactamente en la cavidad. Esta longitud de onda corresponde a la “resonancia de cavidad”. A otras longitudes de onda, por contra, se suprime el campo. Las fluctuaciones del vacío se suprimen o aumentan dependiendo de si la frecuencia corresponde a la resonancia de cavidad o no.

                                        

Una cantidad física importante cuando se discute la Fuerza de Casimir es la “presión de radiación de campo”. Cada campo –incluso en campo de vacío– lleva energía. Como todos los campos electromagnéticos puede propagarse en el espacio también ejercen presión en las superficies, como un río que fluye y empuja una compuerta. Esta presión de radiación aumenta con la energía – y por tanto la frecuencia – del campo electromagnético. En la frecuencia de resonancia de cavidad la presión de radiación dentro de la cavidad es más fuerte que la del exterior y los espejos por lo tanto son alejados. Fuera de la resonancia, por contra, la presión de radiación dentro de la cavidad es menor que la del exterior y los espejos se unen.

Casimir a la caza del gravitón - Naukas

Ilustración del Efecto Casimir: Este fenómeno se debe a que los fotones situados entre dos placas conductoras no pueden oscilar con cualquier frecuencia, sino solo con las que resultan compatibles con las condiciones de contorno que las placas imponen sobre el campo electromagnético en uno y otro extremo

Esto supone que, en equilibrio, los componentes atractivos tienen un impacto ligeramente mayor que los repulsivos. Para dos espejos planos perfectos paralelos la Fuerza de Casimir es, por lo tanto, atractiva y los espejos son empujados uno contra otro. La fuerza, F, es proporcional al área de la sección, A, de los espejos y se incrementa 16 veces cada vez que la distancia, d, entre los espejos se reduce a la mitad: F ~ A / d 4. Aparte de estas cantidades geométricas la fuerza depende solo de valores fundamentales – la constante de Planck y la velocidad de la luz.

Mientras que la Fuerza de Casimir es demasiado pequeña para ser observada para espejos que están separados varios metros, puede ser medida si los espejos están a unas micras uno de otro. Por ejemplo, dos espejos con un área de 1 cm2 separados por una distancia de 1 µm tienen una Fuerza de Casimir atractiva de unos 10-7 N – aproximadamente el peso de una gotita de agua de medio milímetro de diámetro. Aunque esta fuerza podría parecer pequeña, a distancias por debajo de un micrómetro la Fuerza de Casimir se convierte en la mayor fuerza entre dos objetos neutros. De hecho a separaciones de 10 nm – unas cien veces el tamaño normal de un átomo – el efecto Casimir produce el equivalente a 1 atmósfera de presión.

Aunque no tratamos directamente con estas distancias tan pequeñas en la vida diaria, son importantes en las estructuras nano-escalares y los sistemas micro-electromecánicos (MEMS). Estos son dispositivos “inteligentes” del tamaño de una micra en lo que los elementos mecánicos y partes móviles, tales como diminutos sensores y actuadores son tallados en un sustrato de silicio. Los componentes electrónicos están conectados a los dispositivos para procesar información sensible o para guiar el movimiento de las partes mecánicas. Los MEMS tienen muchas aplicaciones posibles en la ciencia y la ingeniería, y ya se usan como sensores de presión en los air-bags de los vehículos.

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