L'elettromagnetismo è una branca della fisica che si occupa di tutti i fenomeni di elettricità e magnetismo. Questo campo è il fondamento chiave della nostra era moderna dell'elettricità e della tecnologia dell'informazione. È governato da un insieme di principi fondamentali codificati in quattro equazioni chiamate equazioni di Maxwell, che sono noti da circa 150 anni. Ogni volta che sfruttiamo gli effetti fondamentali come prescritto o previsto da questa teoria, raccogliamo immensi benefici in termini di progressi tecnologici. Cose come macchine elettriche, motori, vari dispositivi elettronici, circuiti, computer, Schermo, i sensori e la comunicazione wireless funzionano tutti in base ai principi di base dell'elettromagnetismo. Questo argomento è in realtà considerato "fisica classica, " il che sembra suggerire che abbiamo saputo tutto ciò che dovevamo sapere al riguardo.

Però, il nostro team di ricerca IBM ha scoperto di recente una sottile caratteristica nascosta nell'elettromagnetismo, un effetto di confinamento del campo precedentemente sconosciuto che abbiamo chiamato "effetto camelback" in un sistema di due linee di dipoli trasversali.

Nell'elettromagnetismo, la sorgente elementare del campo elettrico e del campo magnetico può essere rispettivamente modellata come una carica puntiforme - una carica ipotetica situata in un singolo punto nello spazio - e un dipolo, una coppia di poli uguali e di carica opposta o magnetizzati separati da una distanza. Immaginiamo di allineare due file di dipoli magnetici come mostrato in Fig (a), e proviamo a misurare l'intensità del campo magnetico lungo l'asse centrale. Il campo magnetico è certamente più forte al centro e diminuisce lontano da esso. Però, se la lunghezza della linea dipolo supera una certa lunghezza critica, si verifica un effetto sorprendente:il campo diventa leggermente più forte vicino ai bordi e produce un profilo di confinamento del campo che sembra la schiena di un cammello, da cui il nome dell'effetto. Il team IBM ha riportato questa scoperta con studi sperimentali e teorici dettagliati in due recenti pubblicazioni e brevetti.

Questa sorprendente scoperta è entusiasmante per alcuni motivi. Primo, rappresenta un nuovo potenziale di confinamento unidimensionale elementare in fisica, entrando a far parte della lista di noti potenziali come Coulomb, parabolico, e squadrare bene. Secondo, questo effetto diventa la caratteristica chiave che consente a questo sistema di servire come una nuova classe di trappola magnetica naturale chiamata trappola a linea di dipolo parallela (PDL), come mostrato in Fig. (b) con molte possibili applicazioni interessanti. Questo effetto camelback e la relativa trappola magnetica PDL possono essere realizzati utilizzando speciali magneti cilindrici i cui poli sono sul lato curvo come mostrato in Fig. (b) e un'asta di grafite come oggetto intrappolato.

Questa trappola magnetica naturale dimostra anche un sistema di "potenziale particellare in una dimensione", fungendo così da nuova piattaforma per esperimenti di fisica pedagogica. Per questa ragione, dopo un rigoroso processo di selezione, la scoperta di IBM è stata recentemente presentata come un problema sperimentale nelle Olimpiadi internazionali di fisica (IPhO) tenutesi di recente a Yogyakarta, Indonesia a luglio. IPhO è un importante concorso internazionale di fisica a livello pre-universitario che si svolge dal 1967 (prima tenuto a Varsavia, Polonia). Ogni paese partecipante invia i suoi primi cinque studenti di fisica a competere nella risoluzione di tre problemi teorici e due sperimentali. I problemi presentati sono in genere molto impegnativi e originali e, ma ancora più importante, devono presentare idee o concetti fondamentali in fisica.

Nell'IPhO di quest'anno, circa 396 studenti provenienti da 86 paesi, uno dei più grandi IPhO mai realizzati, hanno eseguito esperimenti utilizzando la trappola magnetica IBM PDL per determinare la proprietà magnetica della grafite intrappolata e la viscosità dell'aria. Gli studenti hanno anche studiato le sue applicazioni come sensore di inclinazione per terremoti e vulcanici. Questo è in realtà un progetto in corso tra IBM Research e l'Istituto Italiano di Geofisica e Vulcanologia (INGV). L'esposizione complessiva è stata apprezzata dai team leader internazionali per il suo romanzo, affascinante e ricco contenuto di fisica così come le sue nobili applicazioni.

Questa ricerca sulle trappole magnetiche IBM è stata ora inclusa come nuovo materiale per le dispense nel corso di elettrodinamica all'Università di Princeton. Ha anche prodotto una tecnologia pratica come un nuovo strumento di caratterizzazione dei semiconduttori ad alta sensibilità chiamato "Sistema rotante PDL Hall" che ha servito molti gruppi di IBM Research che lavorano con i semiconduttori. Ha inoltre operato presso il laboratorio Harvard Center of Nanoscale System.

In una nota a margine, l'impatto internazionale di questo lavoro per la pedagogia fisica è piuttosto inaspettato, poiché la ricerca era originariamente destinata allo sviluppo della tecnologia dei semiconduttori. Il team IBM stava esplorando modi per intrappolare piccoli oggetti cilindrici come i nanofili per i transistor di prossima generazione. Tuttavia, l'adozione del nostro lavoro di ricerca in un evento internazionale di prim'ordine, come IPhO, esemplifica la nostra missione in IBM Research "di essere famoso per la nostra scienza e vitale per il mondo".