La forza è forte non solo nella tradizione di Star Wars, ma anche come proprietà fondamentale in fisica. Per esempio, gli scienziati possono mettere due piastre metalliche scariche vicine nel vuoto, e "voilà!" —-si attireranno l'un l'altro come Luke Skywalker e la sua fidata spada laser.

Nel 1948, Il fisico teorico olandese Hendrick Casimir per primo predisse una forza attrattiva responsabile di questo effetto——in seguito soprannominò l'effetto Casimir. Mezzo secolo dopo, nel 1996, la forza di Casimir è stata misurata sperimentalmente per la prima volta da Steve Lamoreaux al Los Alamos National Laboratory.

Ma proprio come il lato chiaro e oscuro della forza in Star Wars, gli scienziati si sono chiesti, può esserci un tipo uguale ma opposto di forza di Casimir?

"Tra due materiali simili, questa forza corrisponde sempre ad una forza attrattiva di Casimir, indipendentemente dai materiali di mediazione, ", ha detto il fisico dell'Arizona State University Frank Wilczek. "Eppure in linea di principio la forza di Casimir può essere ripugnante".

Wilczek spiega che la generazione di una forza di Casimir repulsiva ha suscitato un grande interesse in applicazioni pratiche come l'industria dei semiconduttori, poiché i chip sono diventati sempre più piccoli con caratteristiche su scala atomica.

"Negli ultimi anni, le persone hanno dedicato sforzi sostanziali alla realizzazione di forze repulsive Casimir, soprattutto in vista di applicazioni a nano-dispositivi e colloidi, che può contenere parti vicine che si vogliono tenere separate."

Ora, Wilczek, insieme al collega Qing-Dong Jiang dell'Università di Stoccolma, hanno dimostrato per la prima volta che la forza di Casimir può essere invertita e resa repulsiva, sintonizzabile o potenziato, a seconda delle proprietà del materiale inserito tra le piastre.

"Troviamo che la forza di Casimir può, in funzione della distanza, oscillare tra attraente e ripugnante, e che può essere sintonizzato mediante l'applicazione di un campo magnetico esterno, " disse

Wilczek, un professore di fisica all'ASU che ricopre anche incarichi di facoltà presso il Massachusetts Institute of Technology e l'Università di Stoccolma.

Lungi dall'essere una scienza del nulla, il "materiale" all'interno dello spazio vuoto dei vuoti tra le due piastre metalliche, a causa degli effetti quantistici, sono in realtà fiumi brulicanti di una forza invisibile:onde elettromagnetiche che contengono energia non sfruttata. Durante l'effetto Casimir, mentre i piatti vengono spostati insieme, alcune delle onde nel vuoto vengono gradualmente schiacciate, dando più energia a ciò che li circonda, e causando la forza attrattiva.

Il vuoto è riempito con fluttuazioni quantistiche del campo elettromagnetico - fotoni virtuali che entrano ed escono dall'esistenza - che si presume si comportino allo stesso modo. Per rendere le placche ripugnanti e accordabili, Wilczek e il collega dell'Università di Stoccolma Qing-Dong Jiang hanno inserito un materiale tra le piastre che interrompe questo comportamento. Questo materiale "chirale" (chirale deriva dalla parola greca che significa mano) provoca due tipi di fotoni che differiscono come la mano sinistra e la mano destra, o in questo caso, fotoni polarizzati circolari destro e sinistro. Il materiale fa sì che i fotoni abbiano velocità diverse che possono trasferire ciascuna una quantità diversa di quantità di moto alle piastre.

Wilczek e Jiang hanno calcolato la forza di Casimir tra due piastre per due tipi di materiali chirali interposti e a temperature diverse. Hanno scoperto che la forza poteva essere regolata modificando la distanza tra le piastre o modificando la forza di un campo magnetico applicato. Hanno scoperto che effettuare questi aggiustamenti potrebbe produrre una forza repulsiva di Casimir più di tre volte più forte della forza di attrazione per la stessa configurazione nel vuoto.

"La chiave per realizzare forze repulsive di Casimir tra oggetti simili è inserire un materiale chirale intermedio tra di loro, " disse Wilczek. "La forza chirale di Casimir ha diverse caratteristiche distintive:può essere oscillatoria, la sua grandezza può essere grande, e può variare in risposta a campi magnetici esterni."

La loro speranza è che questi risultati forniscano a fisici e ingegneri interessati a semiconduttori e nanodispositivi un nuovo modo per esplorare i comportamenti e le proprietà di diversi materiali a livello quantistico.

"Attraverso la connessione di questa forza a proprietà materiali misurabili in modo indipendente, si ottiene una ricchezza di fenomeni previsti che riflettono direttamente gli effetti macroscopici delle fluttuazioni quantistiche."

E forse, gli scienziati possono persino trarre un po' di ispirazione innovativa attingendo al loro geek interiore di Star Wars da una delle citazioni cinematografiche più famose di Darth Vader:"Non sottovalutare la forza".