In sistemi formati da particelle di dimensioni micrometriche disperse in un solvente, la legge di somma lineare delle forze smette di valere, come ha dimostrato un esperimento di ricercatori della SISSA di Trieste in collaborazione con la Bilkent University, in Turchia

Maionese, nebbia e asfalto hanno una cosa in comune: sono tutti colloidi. Sono cioè formati da particelle di dimensioni tra il micrometro e il decimo di micrometro, omogeneamente distribuite in un solvente, chiamato anche fase disperdente.

Per i fisici che studiano il mondo microscopico, i colloidi sono molto interessanti, soprattutto perché se sono presenti due particelle colloidali, ciascuna sente una forza dovuta alla presenza dell’altra. In pratica, si attraggono o si respingono, come se fossero legate da invisibili molle, se nel solvente si verificano fluttuazioni termiche. Ma se si aggiunge una terza particella, la forza che agisce su ciascuna delle tre non è la somma delle forze che agiscono singolarmente tra coppie di particelle. Ovvero, nella configuarzione di trio, la forza che agisce su ciascuna particella, non è la somma delle forze che la stessa particella sperimenta con ciascuna delle altre due. Questo è dovuto all’effetto delle interazioni di Casimir critiche, misurate per la prima volta da ricercatori della SISSA di Trieste, in collaborazione con il gruppo di Giovanni Volpe della Bilkent University di Ankara, in Turchia.

“In parole semplici, le forze non si sommano in maniera lineare, come invece avviene nell’esperienza quotidiana”, ha spiegato Andrea Gambassi della SISSA, coautore dell’articolo apparso su “Nature Communications”. Siamo di fronte a quello che i fisici chiamano effetto a molti corpi, tipico delle forze indotte da fluttuazioni, ha specificato il ricercatore.

Per caratterizzare le forze di Casimir, gli autori hanno usato microsfere di vetro immerse in una miscela composta da acqua e da una sostanza oleosa chiamata lutidina. Questa miscela ha la particolarità di essere simile all’acqua ma solo sotto i 34 °C: superata questa temperatura, la miscela sperimenta una transizione di fase e diventa opaca per l’emergere di fluttuazioni critiche, cioè dell’effetto a molti corpi.

Per misurare le forze in azione tra due particelle colloidali, i ricercatori hanno dovuto tenere ferme prima due, poi tre microsfere di vetro. Una manipolazione così precisa è stata possibile grazie a fasci laser che, opportunamente focalizzati, funzionano come pinzette ottiche e attirano le sferette, pur lasciandole libere di fare piccoli movimenti casuali. Una volta ripresi al microscopio questi movimenti delle microsfere, tipici dei colloidi e noti come moti browniani, l’intensità delle forze è stata valutata con metodi statistici.

Le misurazioni confermano l’effetto a molti corpi: per le forze in gioco non vale la regola dell’addizione lineare. Se poi si aggiungessero altre microsferette di vetro, la situazione si farebbe ancora più complicata.

“Abbiamo dimostrato che l’effetto molti corpi è reale, e siamo riusciti a misurarlo con una precisione insperata: si tratta pur sempre di forze di un centimillesimo di miliardesimo di newton”, ha concluso Volpe. “Adesso vogliamo usarle per progettare e sviluppare nuove macchine microscopiche”.

Fonte: http://www.lescienze.it/news/

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