I fisici potrebbero fare l '”impossibile”: creare e distruggere campi magnetici da lontano

Campo di energia circolare ad alta potenza, magnetismo. (Credito immagine: Shutterstock)

Gli scienziati hanno trovato un modo per creare e cancellare i campi magnetici da lontano.

Il metodo prevede il passaggio di corrente elettrica attraverso una disposizione speciale di fili per creare un campo magnetico che sembra provenire da un’altra fonte. Questa illusione ha applicazioni reali: immagina un farmaco contro il cancro che potrebbe essere somministrato direttamente a un tumore in profondità nel corpo da capsule fatte di nanoparticelle magnetiche. Non è possibile attaccare un magnete nel tumore per guidare le nanoparticelle nel loro viaggio, ma se potessi creare un campo magnetico dall’esterno del corpo centrato proprio su quel tumore, potresti somministrare il farmaco senza una procedura invasiva.

La forza di un campo magnetico diminuisce con la distanza dal magnete e un teorema dimostrato nel 1842, il teorema di Earnshaw, dice che non è possibile creare un punto di massima intensità del campo magnetico nello spazio vuoto.

“Se non puoi avere un campo magnetico massimo nello spazio vuoto, significa che non è possibile creare il campo di una sorgente magnetica in remoto, senza posizionare una sorgente effettiva [magnetic] nella posizione di destinazione “, ha affermato Rosa Mach-Batlle, fisica presso l’Istituto Italiano Di Tecnologia Center per le nanotecnologie biomolecolari in Italia che ha guidato la nuova ricerca.

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Rendere l’ipotetico reale

Mach-Batlle e i suoi colleghi, però, pensavano di essere in grado di aggirare il problema. Sono stati ispirati dal lavoro nell’ottica che utilizza materiali ingegnerizzati noti come metamateriali (progettati per avere proprietà che non si trovano in nessun materiale naturale) per aggirare i limiti di risoluzione fissati dalla lunghezza d’onda della luce. Allo stesso modo, pensavano, ipotetici materiali magnetici potrebbero consentire l’impossibile nel mondo dei campi magnetici.

I ricercatori hanno immaginato un materiale con una permeabilità magnetica negativa 1. La permeabilità magnetica di un materiale indica quanto quel materiale aumenta o diminuisce un campo magnetico quando esposto a quel campo. In un materiale con una permeabilità magnetica di negativo 1, la direzione del magnetismo indotto all’interno del materiale sarebbe l’opposto della direzione del campo magnetico iniziale.

Ovviamente, un nuovo metodo per indurre campi magnetici basato su materiali che non esistono non sarebbe particolarmente utile. Ma anche se questo ipotetico materiale con permeabilità negativa non esiste, i fisici possono creare una sorta di “materiale” temporaneo dalla corrente elettrica che scorre attraverso una specifica disposizione di fili. Questo perché la corrente induce il magnetismo e viceversa, una conseguenza delle equazioni dell’elettromagnetismo di Maxwell.

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“Alla fine, non usiamo alcun materiale, usiamo una disposizione precisa delle correnti che può essere considerata un metamateriale attivo”, ha detto Mach-Batlle a WordsSideKick.com.

Per creare il campo a distanza, Mach-Batlle e il suo team hanno creato un cilindro cavo composto da circa 20 fili che circonda un lungo filo interno. Quando la corrente scorre attraverso questi fili, crea un campo magnetico che sembra lo stesso come se il lungo filo interno fosse effettivamente fuori dal dispositivo. È l’equivalente elettromagnetico di un ventriloquo che lancia la sua voce; la sorgente del campo non è effettivamente al di fuori del dispositivo, ma il campo stesso è indistinguibile dal campo che sarebbe risultato se la sorgente fosse al di fuori del dispositivo.

“Creiamo l’illusione di avere questa fonte a distanza”, ha detto Mach-Batlle. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati il ​​23 ottobre sulla rivista Lettere di revisione fisica

Applicazioni biomediche

Ci sono ancora domande su quanto bene questo metodo potrebbe funzionare per le applicazioni del mondo reale . Una particolarità del sistema è che c’è un’area di campi magnetici molto forti tra il cilindro del filo e il campo a distanza. Questa regione potrebbe interferire con alcune applicazioni della ricerca, ha detto Mach-Batlle, anche se probabilmente sarebbe problematico o meno dipende da cosa si sta cercando di fare con il campo.

Possibili applicazioni oltre alla somministrazione di farmaci includono l’annullamento dei campi magnetici da lontano, una tecnica che potrebbe essere utile nel calcolo quantistico per ridurre il “rumore” da campi esterni che possono interferire con le misurazioni. Un altro uso potrebbe essere il miglioramento della stimolazione magnetica transcranica, che utilizza magneti per stimolare i neuroni nel cervello da trattare depressione . Essere in grado di controllare i campi magnetici a distanza potrebbe migliorare il targeting della stimolazione magnetica transcranica, in modo che i medici possano concentrarsi meglio su particolari regioni del cervello umano .

Successivamente i ricercatori sperano di costruire una configurazione di fili che consenta la creazione di campi magnetici 3D da lontano.

Originariamente pubblicato su WordsSideKick.com.