Sciences

Effet Casimir

DéfinitionClassé sous :physique , champ quantique , fluctuation du vide
Crédit : Astrid Lambrecht

L'effet Casimir, du nom de son découvreur Hendrik Casimir (1909-2000), est un célèbre phénomène issu de la théorie quantique des champs. Le théoricien hollandais a réalisé que lorsque deux miroirs sont en face de l'autre dans le vide, les fluctuations du vide vont exercer sur eux une pression de radiation.

Le vide est en effet dominé par des fluctuations quantiques du champ électromagnétique à l'échelle d'énergie du monde atomique, bien qu'en réalité des fluctuations quantiques de tous les champs de particules élémentaires doivent être prises en compte pour évaluer précisément son état, et que la gravitation quantique ait des effets dominants aux échelles de la longueur et de l'énergie de Planck.

L'effet des deux plaques (voir schéma ci-dessous) est de modifier le type de modes d'oscillations des fluctuations du champ électromagnétique, qui deviennent alors différentes en longueurs d'ondes par rapport à l'extérieur des plaques. Au final la densité d'énergie moyenne entre les plaques est différente de celle régnant à l'extérieur et une force apparaît tendant à rapprocher les deux plaques. 

En moyenne, la pression externe (flèches rouges) est supérieure à la pression interne (flèches vertes). Les deux miroirs sont donc attirés mutuellement les uns aux autres par ce que l'on appelle la force de Casimir. C'est la force F qui est proportionnelle à A/d4, où A est la surface des miroirs et d la distance qui les sépare.

L'intérêt pour l'effet Casimir a été relancé lorsqu'on s'est aperçu qu'à part des effets hypothétiques en gravitation quantique, que ce soit en cosmologie ou en liaison avec les trous noirs et les trous de vers, il devrait se manifester très concrètement dans le cadre des nanotechnologies. La conception des nanomachines devrait en effet tenir compte de l'apparition de ce type de forces.