Dispozitiv dezvoltat pentru a măsura și manipula forțe invizibile

Reprezentarea dispozitivului de prindere și modul în care funcționează. Credit: Jake Pate

Pe măsură ce oamenii de știință construiesc mașini din ce în ce mai mici, trebuie să înțeleagă forțele invizibile care fac ca aceste mașini să funcționeze.

Datorită cercetării și inițiativei studentului de atunci UC Merced, Jake Pate, unele dintre aceste forțe pot fi acum măsurate și manipulate.

Pate, care a absolvit în mai cu un doctorat. în fizică și este acum cercetător postdoctoral la Institutul Național de Standarde și Tehnologie din Boulder, Colorado, a lucrat cu profesorul de fizică Jay Sharping la Școala de Științe Naturale. În timp ce se afla în laboratorul său, Jake a contactat oamenii de știință australieni cu un proiect axat pe efectul Casimir: forța care există între două obiecte metalice atunci când acestea sunt extrem de apropiate, dar nu se ating.

„Această forță vrea să împingă aceste două obiecte”, a explicat Pate. „Forța lui Casimir este suficient de puternică pentru a schimba comportamentul intrinsec al obiectelor”.

El a proiectat și fabricat un dispozitiv de fixare, un con mic, care, atunci când este plasat lângă un tambur vibrant la distanțe la scară nanomedicală, poate opri vibrațiile. Cu suficiente puncte, numite „pensete”, oamenii de știință pot crea noi forme și noi comportamente.

„Această lucrare este extrem de importantă pentru sistemele micro-electromecanice (MEMS), mașinile mici cu piese în mișcare”, a spus Sharping. Unele aplicații MEMS comerciale comune includ imprimante cu jet de cerneală; accelerometre în mașinile care utilizează airbag-uri; accelerometre în controlere de jocuri, telefoane mobile, camere digitale și computere personale; senzori de presiune cu siliciu, cum ar fi cei detectați de senzorii de presiune a anvelopelor auto; dispozitive biomedicale precum stenturi; traductoare cu ultrasunete; și difuzoare mici, cum ar fi căștile și aparatele auditive.

„În ultimii zece ani am învățat să facem mașini suficient de mici pentru a putea înțelege mecanica cuantică pentru a înțelege cum funcționează acestea”, a spus Sharping. „Dacă veți pune împreună două bucăți de material, acestea vor experimenta forțe care ar fi irelevante dacă ar fi mai separate. De aproape, este posibil să nu se comporte așa cum vrei tu, așa că obiectele construite cu ele nu vor funcționa așa cum vrei tu. “

Dispozitivul lui Pate schimbă acest lucru, chiar dacă tehnologia nu îl are încă.

„Poți face tot felul de lucruri cu el”, a spus Pate. „Puteți îmbunătăți tamburul, să-l faceți să vibreze mai mult, să schimbați forma vibrațiilor sau chiar să îl împiedicați să se balanseze, este un mod de a controla obiectul fără a-l atinge vreodată”.

Pașii următori vor fi utilizarea dispozitivului de prindere pentru a vedea dacă poate crește sensibilitatea forței Casimir.

Până de curând, cercetătorii credeau că efectul Casimir s-a produs doar la temperaturi foarte scăzute, cum ar fi zero absolut, dar Pate și echipa sa arată că forța poate fi utilizată și are și implicații puternice la temperatura camerei.

„Această lucrare reprezintă o descoperire majoră în măsurarea și controlul de precizie cu o mare varietate de aplicații”, a declarat profesorul Ajay Gopinathan, profesor la Departamentul de Fizică. “Suntem foarte mândri de studenții și profesorii noștri de fizică care fac descoperiri fundamentale cu un impact larg.”

Rezultatele studiului său au fost publicate recent în Fizica naturii, cu Pate ca autor principal.

„Dacă puteți măsura și manipula forța lui Casimir asupra obiectelor, avem capacitatea de a îmbunătăți sensibilitatea forței și de a reduce pierderile mecanice, cu potențialul de a avea un impact puternic asupra științei și tehnologiei”, a spus profesorul Michael Tobar de la Universitatea din Western Australia a colaborat cu grupul lui Pate la proiect. „Pentru a înțelege acest lucru, trebuie să ne adâncim în ciudățenia fizicii cuantice. În realitate, nu există un vid perfect, chiar și într-un spațiu gol la temperatura zero, particulele virtuale, cum ar fi fotonii, pâlpâie în și din existență.

Pate a devenit interesat de forțele invizibile atunci când fabrica cavități cu microunde la fabrica de mașini UC Merced și a observat câteva „rezultate ciudate”. El l-a contactat pe Tobar și a încurajat colaborarea, care i-a permis să locuiască în Australia timp de trei luni.

“Jake a creat cu adevărat acea oportunitate pentru el și echipa noastră și a fost minunat pentru el, pentru noi și pentru ambele universități”, a spus Sharping. „Este un exemplu perfect al modului în care studenții noștri nu se tem să facă lucruri pe care alții nu le pot încerca, cum ar fi să ajungem la o altă universitate pentru a cere ajutor. Știința funcționează cel mai bine atunci când mai mulți oameni de știință vorbesc între ei ”.

Pentru mai multe informații despre această cercetare, citiți O forță „Nimic” folosită pentru a controla și manipula obiecte.

Referință: „Izvorul Casimir și diluarea optomecanică a cavității macroscopice” de JM Pate, M. Goryachev, RY Chiao, JE Sharping și ME Tobar, 3 august 2020, Fizica naturii.
DOI: 10.1038 / s41567-020-0975-9

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ingineria interfeței limită între materialele 2D și 3D

din David L. Chandler, Institutul de Tehnologie din Massachusetts 2 martie 2021 Aceste imagini ale „insulelor” atomilor de aur depuse într-un strat bidimensional de sulfură de...

Cipul microfluidic simplifică testarea COVID-19, oferă rezultate pe un telefon în 55 de minute sau mai puțin

Nanobeads programate sunt asociate cu un telefon mobil exterior și instrumentul de diagnosticare plug-in poate diagnostica COVID-19 în 55 de minute sau mai puțin,...

O mușcătură puternică, mortală, foarte rapidă a unei furnici Trap-maxilar

Micile schimbări de formă pot duce la inovații în funcție, arată un nou studiu. Cercetătorii au dezvăluit modul în care o capcană de furnici -...

Recenziile școlare parentale sunt legate de indicatorii demografici și rezultatele testelor, nu de performanța școlară

Comentariile părinților au reflectat diferențele dintre rasă și venituri în școlile publice de K-12. Prima analiză a comentariilor părinților despre școlile publice din K-12 din...

Un aisberg masiv – de 10 ori mai mare decât San Francisco – rupe raftul principal de gheață din Antarctica

Noile imagini radar captate de misiunea Copernicus Sentinel-1 arată o aisberg de 1.270 km² care se relaxează și se îndepărtează rapid de raftul de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.