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Da La Stampa,sezione tuttoscienze:
E’ LA FORZA DI CASIMIR, CON PARTICELLE ATOMICHE CHE APPAIONO E SCOMPAIONO UN PROGRAMMA INTERNAZIONALE: «ORA APPLICHIAMOLA ALLE NANOMACCHINE»
30/8/2006
C’E’ un’energia che si annida nello spazio, anche nel vuoto più assoluto che si possa concepire. Un ribollire di particelle atomiche che appaiono e scompaiono continuamente e, infatti, vengono chiamate virtuali. Non alterano il bilancio totale dell’Universo perché, per esistere, hanno contratto una specie di «prestito», energia rubata che poi devono restituire, scomparendo. Ma il loro è un ribollire che costituisce la cosiddetta energia del punto zero, una delle tante curiosità della meccanica quantistica, la teoria che descrive le leggi del mondo subatomico. LE FLUTTUAZIONI E’ un’esistenza evanescente, ma le particelle che nascono dalle fluttuazioni quantistiche (questa la definizione ufficiale) riescono a farsi notare lo stesso, o almeno a provocare un effetto evidente: la Forza di Casimir. Molti pensano di sfruttarla come motore delle nanomacchine, apparecchi composti da singole molecole e grandi pochi milionesimi di millimetro che potrebbero essere usati in svariati campi, non ultimo la medicina. Un progetto europeo - «Nanocase» - si propone ora di misurare con altissima precisione la Forza di Casimir e le possibilità di applicazioni pratiche. Concepita per la prima volta nel 1948 dal fisico olandese Hendrik Casimir, la forza si manifesta tra due lastre, due specchi si potrebbe dire, posti a distanza di pochi millesimi di millimetro. Senza che ci sia nulla a spingerli, i due specchi finiranno per avvicinarsi tra loro. La spiegazione è proprio nelle fluttuazioni quantistiche. Particelle virtuali, i fotoni, si creano sia tra le due superfici che all’esterno di esse. Però, all’interno, i fotoni di lunghezza d’onda superiore alla distanza tra le piastre vengono rapidamente eliminati. All’esterno questo non avviene e, così, vi sono più particelle. L’energia esterna risulta maggiore, generando una pressione che finisce per spingere le piastre l’una contro l’altra. FENOMENI CURIOSI Le cose diventano più complicate quando non si usano piastre, ma magari sfere o altre forme, oppure quando si cambia il materiale che compone le superfici. Allora succedono fenomeni curiosi: la forza può spingere gli oggetti lateralmente, o forse addirittura allontanarli, diventando repulsiva anziché attrattiva. Tutti questi aspetti sono al centro delle misurazioni che verranno compiute nei prossimi mesi, nell’ambito del «Nanocase», da scienziati inglesi, francesi e svedesi sotto il coordinamento dell’Università di Leicester. Usando un particolare microscopio a forza atomica, capace di produrre un vuoto estremamente spinto, i ricercatori proveranno a stabilire l’utilità della Forza di Casimir per trasmettere energia nelle nanomacchine. PROBLEMI «COLLOSI» «Il problema con le nanomacchine - dice Chris Binns, del dipartimento di Fisica ed Astronomia dell’Università di Leicester, coordinatore del progetto - è che a livelli molecolari ogni cosa diventa “collosa”. In ogni meccanismo composto da singole molecole i vari pezzi tendono ad aderire tra loro, rendendo impossibile il funzionamento. Perciò dobbiamo trovare un modo per trasmettere energia senza contatto. La Forza di Casimir potrebbe essere l’unica soluzione». IL «NULLA» È «QUALCOSA» Ma studiare a fondo questo straordinario fenomeno potrebbe portare anche molto più lontano, fino nel cuore delle cruciali questioni che sia la fisica sia la cosmologia stanno affrontando in questi anni. «La teoria quantistica - continua Binns - ci dice che il vuoto, anziché essere un “nulla” è in realtà un “qualcosa”, dal quale tutte le particelle (fotoni, elettroni e via dicendo) vengono in qualche modo generate. La Forza di Casimir è una manifestazione osservabile dell’energia del punto zero ed è, quindi, un modo per studiare le proprietà fondamentali dello spazio». Apparentemente insignificante per la nostra vita di tutti i giorni, l’energia del punto zero può significare molto nella ricerca di spiegazioni per le più recenti osservazioni astronomiche, che disegnano un Universo che si sta espandendo sempre più velocemente. «Una delle spiegazioni più plausibili - commenta Roberto Onofrio, del dipartimento di Fisica ed Astronomia del Dartmouth College, negli Stati Uniti, e del Dipartimento di Fisica “Galileo Galilei” dell’Università di Padova - è che il vuoto quantistico fornisca la riserva di energia necessaria per l’accelerazione cosmica. Anche in questo caso, esperimenti sulla Forza di Casimir possono fornire informazioni complementari alle osservazioni astronomiche e cosmologiche per vagliare questa ipotesi». IL PUNTO ZERO Energia dal nulla insomma, o almeno questa è l’idea che può venire ad un primo sguardo. Una vecchia battuta «quantistica» dice che nello spazio vuoto contenuto in una tazzina ce ne sarebbe abbastanza da far bollire tutti gli oceani della Terra. Ma sembra decisamente improbabile che potremo mai usarla. Il punto zero, infatti, è il minimo livello di energia concepibile nell’Universo. Come facciamo noi, che siamo «in alto», a tirarne fuori qualcosa? L’ENERGIA MINIMA «In un certo senso - spiega Onofrio, che nel 2002 ha fatto parte del gruppo di scienziati che effettuò a sua volta una delle più precise misurazioni della Forza di Casimir fino ad oggi registrata - c’è una contraddizione, perché è difficile immaginare di estrarre energia da un sistema che già è nello stato di minima energia. Tuttavia potrebbe essere possibile realizzare sistemi nei quali c’è un cosiddetto minimo locale di energia di punto zero (ma non assoluto, nel senso che, spostandosi abbastanza da quel minimo, se ne trova uno ad energia ancora più bassa)». «Sarebbe uno stato che potrebbe passare verso un altro stato assoluto di minima energia - aggiunge -. La differenza tra i due minimi potrebbe essere utilizzata come sorgente energetica. Se l’Universo è accelerato mediante effetti di vuoto quantistico, si potrebbe pensare che questa estrazione continua di energia sia già in corso».
E’ LA FORZA DI CASIMIR, CON PARTICELLE ATOMICHE CHE APPAIONO E SCOMPAIONO UN PROGRAMMA INTERNAZIONALE: «ORA APPLICHIAMOLA ALLE NANOMACCHINE»
30/8/2006
C’E’ un’energia che si annida nello spazio, anche nel vuoto più assoluto che si possa concepire. Un ribollire di particelle atomiche che appaiono e scompaiono continuamente e, infatti, vengono chiamate virtuali. Non alterano il bilancio totale dell’Universo perché, per esistere, hanno contratto una specie di «prestito», energia rubata che poi devono restituire, scomparendo. Ma il loro è un ribollire che costituisce la cosiddetta energia del punto zero, una delle tante curiosità della meccanica quantistica, la teoria che descrive le leggi del mondo subatomico. LE FLUTTUAZIONI E’ un’esistenza evanescente, ma le particelle che nascono dalle fluttuazioni quantistiche (questa la definizione ufficiale) riescono a farsi notare lo stesso, o almeno a provocare un effetto evidente: la Forza di Casimir. Molti pensano di sfruttarla come motore delle nanomacchine, apparecchi composti da singole molecole e grandi pochi milionesimi di millimetro che potrebbero essere usati in svariati campi, non ultimo la medicina. Un progetto europeo - «Nanocase» - si propone ora di misurare con altissima precisione la Forza di Casimir e le possibilità di applicazioni pratiche. Concepita per la prima volta nel 1948 dal fisico olandese Hendrik Casimir, la forza si manifesta tra due lastre, due specchi si potrebbe dire, posti a distanza di pochi millesimi di millimetro. Senza che ci sia nulla a spingerli, i due specchi finiranno per avvicinarsi tra loro. La spiegazione è proprio nelle fluttuazioni quantistiche. Particelle virtuali, i fotoni, si creano sia tra le due superfici che all’esterno di esse. Però, all’interno, i fotoni di lunghezza d’onda superiore alla distanza tra le piastre vengono rapidamente eliminati. All’esterno questo non avviene e, così, vi sono più particelle. L’energia esterna risulta maggiore, generando una pressione che finisce per spingere le piastre l’una contro l’altra. FENOMENI CURIOSI Le cose diventano più complicate quando non si usano piastre, ma magari sfere o altre forme, oppure quando si cambia il materiale che compone le superfici. Allora succedono fenomeni curiosi: la forza può spingere gli oggetti lateralmente, o forse addirittura allontanarli, diventando repulsiva anziché attrattiva. Tutti questi aspetti sono al centro delle misurazioni che verranno compiute nei prossimi mesi, nell’ambito del «Nanocase», da scienziati inglesi, francesi e svedesi sotto il coordinamento dell’Università di Leicester. Usando un particolare microscopio a forza atomica, capace di produrre un vuoto estremamente spinto, i ricercatori proveranno a stabilire l’utilità della Forza di Casimir per trasmettere energia nelle nanomacchine. PROBLEMI «COLLOSI» «Il problema con le nanomacchine - dice Chris Binns, del dipartimento di Fisica ed Astronomia dell’Università di Leicester, coordinatore del progetto - è che a livelli molecolari ogni cosa diventa “collosa”. In ogni meccanismo composto da singole molecole i vari pezzi tendono ad aderire tra loro, rendendo impossibile il funzionamento. Perciò dobbiamo trovare un modo per trasmettere energia senza contatto. La Forza di Casimir potrebbe essere l’unica soluzione». IL «NULLA» È «QUALCOSA» Ma studiare a fondo questo straordinario fenomeno potrebbe portare anche molto più lontano, fino nel cuore delle cruciali questioni che sia la fisica sia la cosmologia stanno affrontando in questi anni. «La teoria quantistica - continua Binns - ci dice che il vuoto, anziché essere un “nulla” è in realtà un “qualcosa”, dal quale tutte le particelle (fotoni, elettroni e via dicendo) vengono in qualche modo generate. La Forza di Casimir è una manifestazione osservabile dell’energia del punto zero ed è, quindi, un modo per studiare le proprietà fondamentali dello spazio». Apparentemente insignificante per la nostra vita di tutti i giorni, l’energia del punto zero può significare molto nella ricerca di spiegazioni per le più recenti osservazioni astronomiche, che disegnano un Universo che si sta espandendo sempre più velocemente. «Una delle spiegazioni più plausibili - commenta Roberto Onofrio, del dipartimento di Fisica ed Astronomia del Dartmouth College, negli Stati Uniti, e del Dipartimento di Fisica “Galileo Galilei” dell’Università di Padova - è che il vuoto quantistico fornisca la riserva di energia necessaria per l’accelerazione cosmica. Anche in questo caso, esperimenti sulla Forza di Casimir possono fornire informazioni complementari alle osservazioni astronomiche e cosmologiche per vagliare questa ipotesi». IL PUNTO ZERO Energia dal nulla insomma, o almeno questa è l’idea che può venire ad un primo sguardo. Una vecchia battuta «quantistica» dice che nello spazio vuoto contenuto in una tazzina ce ne sarebbe abbastanza da far bollire tutti gli oceani della Terra. Ma sembra decisamente improbabile che potremo mai usarla. Il punto zero, infatti, è il minimo livello di energia concepibile nell’Universo. Come facciamo noi, che siamo «in alto», a tirarne fuori qualcosa? L’ENERGIA MINIMA «In un certo senso - spiega Onofrio, che nel 2002 ha fatto parte del gruppo di scienziati che effettuò a sua volta una delle più precise misurazioni della Forza di Casimir fino ad oggi registrata - c’è una contraddizione, perché è difficile immaginare di estrarre energia da un sistema che già è nello stato di minima energia. Tuttavia potrebbe essere possibile realizzare sistemi nei quali c’è un cosiddetto minimo locale di energia di punto zero (ma non assoluto, nel senso che, spostandosi abbastanza da quel minimo, se ne trova uno ad energia ancora più bassa)». «Sarebbe uno stato che potrebbe passare verso un altro stato assoluto di minima energia - aggiunge -. La differenza tra i due minimi potrebbe essere utilizzata come sorgente energetica. Se l’Universo è accelerato mediante effetti di vuoto quantistico, si potrebbe pensare che questa estrazione continua di energia sia già in corso».