Comment construire des molécules de Casimir

L'effet Casimir fascine constamment les physiciens. L'effet existe en raison de la nature quantique du vide qui est rempli d'ondes électromagnétiques qui sautent dans et hors de l'existence.

Placez deux plaques conductrices parallèles proches l'une de l'autre dans ce vide et les plus grosses ondes ne peuvent pas s'insérer entre elles. Ainsi, les vagues à l'extérieur poussent les plaques ensemble. C'est la fameuse force de Casimir qui a été mesurée pour la première fois avec précision en 1997.

Ces dernières années, cependant, les physiciens ont calculé que la combinaison de divers matériaux différents dans diverses formes différentes devrait générer des forces de répulsion (bien que cette force n'ait pas encore été mesurée).

Aujourd'hui, Alejandro Rodriguez et ses amis du Massachusetts Institute of Technology à Cambridge disent qu'en choisissant soigneusement des nanoparticules de différents matériaux et tailles, les forces attractives et répulsives de Casimir devraient conduire à une configuration stable ; une molécule de Casimir, pourrait-on dire.

Dans une analyse impressionnante, Rodriguez et ses collaborateurs calculent les forces de Casimir pour des combinaisons de dalles infinies constituées alternativement de silicium et de dioxyde de silicium, pour des nanoparticules et pour une alternance de dalles et de sphères.

Mais leur analyse la plus intéressante porte sur les forces entre le téflon et les nanosphères de silicium immergées dans l'éthanol. En choisissant soigneusement les rayons de ces sphères, elles peuvent être suspendues contre la force de gravité au-dessus d'une dalle infinie. Il s'avère que les forces entre les particules sont répulsives à des séparations inférieures à 100 nm mais deviennent attractives à mesure que la distance augmente.

De toute évidence, il s'agit d'une situation fascinante dans laquelle les sphères devraient former un dicluster stable et sans contact. De plus, il s'agit d'une expérience qui pourrait être réalisée relativement facilement aujourd'hui, à condition que la taille des nanoparticules puisse être contrôlée avec la précision requise.

C'est passionnant, mais ces expériences seront semées d'embûches. L'équipe du MIT reconnaît que même le calcul du signe de la force de Casimir dans des géométries complexes est notoirement délicat.

C'est en partie parce que les forces de Casimir ne sont pas additives comme les forces conventionnelles. Ainsi, lorsque plusieurs forces doivent être prises en compte, la complexité des calculs augmente rapidement. (Dans ce cas, il y a les forces répulsives et attractives entre les sphères ainsi que la force de suspension sur la dalle infinie.)

C'est pourquoi il n'est pas possible de généraliser plus facilement l'effet, peut-être pour créer une feuille entière de nanoparticules stables. On ne sait pas si ce type de cristal Casimir 2D stable est même possible.

Mais l'équipe du MIT affirme que cet arrangement de nanoparticules de téflon et de silicium devrait être un bon point de départ pour une enquête expérimentale. Bonne chance à eux !

Une question que l'équipe n'aborde pas dans cet article est de savoir à quoi pourraient servir les molécules et les cristaux de Casimir. Toutes les suggestions reçues avec gratitude.

Réf : arxiv.org/abs/0912.2243 : Diclusters de nanoparticules non tactiles liés par des forces de Casimir répulsives et attractives

cacher