Première observation de l'effet Casimir dynamique

L'une des prédictions les plus surprenantes de la théorie quantique moderne est que le vide de l'espace n'est pas vide. En fait, la théorie quantique prédit qu'elle regorge de particules virtuelles entrant et sortant de l'existence.

Ainsi commence Christopher Wilson de l'Université Chalmers en Suède et ses amis dans leur article merveilleusement lisible sur une science plutôt extraordinaire.

Ce maelström d'activité quantique est loin d'être bénin. Les physiciens savent depuis 1948 que si deux miroirs plats sont maintenus rapprochés et parallèles l'un à l'autre, ils seront rapprochés par ces particules virtuelles.

La raison est simple. Lorsque l'écart entre les miroirs est inférieur à la longueur d'onde des particules virtuelles, elles sont exclues de cet espace. La dépression à l'intérieur de l'entrefer est alors moindre qu'à l'extérieur et cela force les miroirs.

C'est le statique effet Casimir et il a été mesuré pour la première fois en 1998 par deux équipes aux États-Unis.

Mais il existe un autre phénomène appelé dynamique Effet Casimir qui n'a jamais été vu.

Cela se produit lorsqu'un miroir se déplace dans l'espace à des vitesses relativistes. Voici ce qui se passe. À basse vitesse, la mer de particules virtuelles peut facilement s'adapter au mouvement du miroir et continuer à exister par paires puis disparaître en s'annihilant mutuellement.

Mais lorsque la vitesse du miroir commence à correspondre à la vitesse des photons, c'est-à-dire à des vitesses relativistes, certains photons se séparent de leurs partenaires et ne s'annihilent donc pas. Ces photons virtuels deviennent alors réels et le miroir commence à produire de la lumière.

C'est la théorie. Le problème dans la pratique est qu'il est difficile de faire bouger un miroir ordinaire à quelque chose comme des vitesses relativistes.

Mais Wilson et co ont un tour dans leur sac. Au lieu d'un miroir conventionnel, ils ont utilisé une ligne de transmission connectée à un dispositif d'interférence quantique supraconducteur ou SQUID. Jouer avec le SQUID modifie la longueur électrique effective de la ligne et ce changement équivaut au mouvement d'un miroir électromagnétique.

En modulant le SQUID à des taux de GHz, le miroir se déplace d'avant en arrière. Pour avoir une idée de l'échelle, la ligne de transmission n'a que 100 micromètres de long et le miroir se déplace sur une distance d'environ un nanomètre. Mais la vitesse à laquelle il le fait signifie qu'il atteint des vitesses approchant 5 pour cent de la vitesse de la lumière.

Donc, après avoir perfectionné leur technique de déplacement de miroir, tout ce que Wilson et ses collègues ont à faire est de tout refroidir, puis de s'asseoir et de rechercher des photons. Effectivement, ils ont repéré des photons micro-ondes émergeant du miroir mobile, comme prévu.

Ils terminent par une courte conclusion. Nous pensons que ces résultats représentent la première observation expérimentale de l'effet Casimir dynamique.

Résultat impressionnant !

Réf : arxiv.org/abs/1105.4714 : Observation de l'effet Casimir dynamique dans un circuit supraconducteur

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