Por: Nina Padme Eufracio Rojas / Departamento de Químico en Fármacos. Centro de Enseñanza Técnica Industrial Plantel Colomos. C. Nueva Escocia 1885, 44630 Guadalajara, Jal. Correo : neufraciorojas@gmail.com / Instagram:@ninapadme
En la física cuántica, incluso el vacío no está realmente vacío. Aunque parezca un concepto poético o místico, el vacío cuántico es en realidad un hervidero de actividad invisible. De acuerdo con la electrodinámica cuántica, el vacío fluctúa constantemente, generando pares virtuales de partículas y campos eléctricos transitorios que aparecen y desaparecen en tiempos tan breves que desafían cualquier medición directa. Este fenómeno, conocido como fluctuación del vacío, da origen a uno de los efectos más misteriosos y fascinantes de la ciencia moderna el efecto Casimir.
Originalmente propuesto por el físico holandés Hendrik Casimir en 1948, este efecto describe cómo dos superficies metálicas muy cercanas, al estar inmersas en el vacío, pueden atraerse sin necesidad de carga eléctrica o magnetismo. La explicación es asombrosamente simple en su esencia: el espacio entre las placas permite menos modos de vibración del campo electromagnético que el espacio exterior, lo que crea una presión de vacío asimétrica y, como consecuencia, una fuerza de atracción. Esta fuerza es débil, pero medible, y su existencia ha sido confirmada en múltiples experimentos.
Pero ¿qué pasa si trasladamos este concepto a la escala molecular? En el mundo de la nanotecnología, donde las distancias entre objetos son comparables a las dimensiones del efecto Casimir original (decenas a centenas de nanómetros), la hipótesis más avanzada sugiere que dos moléculas supramoleculares, como fulerenos, nanotubos o complejos autoensamblados, podrían atraerse entre sí sin necesidad de enlaces químicos tradicionales, únicamente gracias a las fluctuaciones del vacío cuántico.
Esto implica que, en ciertas condiciones del espacio profundo —donde el vacío es más puro, la temperatura extremadamente baja y la radiación estática—, estructuras moleculares podrían autoorganizarse o permanecer unidas sin interacciones covalentes, iónicas ni de hidrógeno. Se trataría de una forma de interacción completamente nueva en la práctica, basada no en la materia, sino en la ausencia de ella.
Desde el punto de vista de la química supramolecular, el efecto Casimir podría ser una herramienta de estabilización sutil pero significativa en ensamblajes nanoscópicos. Imagina dos cápsulas de carbono flotando a nanómetros de distancia en un entorno espacial. Sin tocarse, sin compartir electrones, pero aún así influenciadas por la presión del vacío cuántico, ajustando su posición como si “sintieran” una atracción que no proviene de ninguna fuerza clásica. Esta posibilidad tiene implicaciones gigantescas para el diseño de materiales en el espacio, donde los adhesivos convencionales no funcionan, pero se requieren estructuras autorreguladas y adaptables.
Los modelos matemáticos que exploran esta interacción extienden las ecuaciones de Lifshitz y Casimir al dominio molecular, utilizando funciones dieléctricas de las moléculas involucradas y la geometría de su envolvente electrónica. Simulaciones computacionales sugieren que en distancias inferiores a 50 nm, la energía del efecto Casimir podría superar a las fuerzas de Van der Waals en determinados medios, especialmente en vacío extremo, como el que se encuentra en órbitas lejanas o entre estrellas.
La investigación sobre el efecto Casimir molecular aún está en una fase teórica. Sin embargo, su sola posibilidad plantea preguntas fundamentales sobre la naturaleza del espacio, la materia y la autoorganización. Si es posible que dos moléculas se atraigan sin tocarse, sin intercambiar electrones, ni emitir luz, entonces la química tiene una dimensión adicional aún no explorada completamente la geometría del vacío.
Referencias
- Capasso, F., Munday, J. N., Iannuzzi, D., & Chan, H. B. (2007). Casimir forces and quantum electrodynamical torques: Physics and nanomechanics. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 13(2), 400–414. https://ieeexplore.ieee.org/document/4141044
- Rodriguez, A. W., Capasso, F., & Johnson, S. G. (2011). The Casimir effect in microstructured geometries. Nature Photonics, 5(4), 211–221. https://www.nature.com/articles/nphoton.2011.39
- Lamoreaux, S. K. (2005). The Casimir force: background, experiments, and applications. Reports on Progress in Physics, 68(1), 201–236. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/68/1/R04
- Intravaia, F., Henkel, C., & Lambrecht, A. (2005). Role of surface plasmons in the Casimir effect. Physical Review A, 76, 033820. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.76.033820