A l’occasion de l’annonce du CERN sur ce boson de 126 MeV tant désiré les média visuels et écrits nous ont abreuvé de leur savoir sur « l’énergie du vide » et j’en profite puisque je traduis le PHYSICS WORLD et un article sur l’effet CASIMIR pour tenter de vous faire une nouvelle fois le point sur cette si « mystérieuse » question…..Bien entendu c’est à mon petit fils PIERRE que je vais faire appel pour poser la question de la façon la plus ingénue possible !
« Papy , comment , si l’on déclare d’abord qu’ un volume d’espace est VIDE , peux t on se contredire immédiatement après en déclarant qu’il recèle encore quelque chose ,à savoir de l’énergie ( donc l’équivalent d’une masse si ALBERT LE GRAND a raison !????) »
Pour essayer de prendre les choses par le bon bout je vais devoir vous intercaler dans ma traduction de l’article de HAMISH JOHNSTON quelques petits rappels nécessaires
« Les physiciens aux Etats-Unis peuvent espérer avoir clos le débat vieux de dix ans sur la façon dont la force de Casimir - qui affecte des objets séparés par des distances minuscules - devrait être calculée par exemple pour deux objets métalliques. Ils disent que le soi-disant modèle de Drude, qui traite tout métal comme une collection de billes de billard sous forme d’ ions positifs mêlé à des électrons, l'emporterait sur le «modèle de plasma", qui suppose que ce sont les électrons qui se déplacent dans un réseau fixe d'ions positifs. Comprendre la façon de déterminer cette force pourrait jouer un rôle important dans la conception de machines de taille micrométrique et nanométrique……… »
Et voici mon premier petit appendice intercalaire pour mes gentils lecteurs oublieux :
Le modèle de Drude (du nom du physicien Paul Drude) est une vieille adaptation effectuée en 1900 pour essayer d’appliquer à ces électrons mobiles à l’intérieur des métaux la toute jeune théorie cinétique des gaz . En considérant les électrons d'un métal comme des particules classiques ponctuelles libres mais confinées à l'intérieur du volume défini par l'ensemble des atomes de l'échantillon, on obtient le modèle banal d’ un gaz mobile dans un milieu poreux .Ce gaz d’électrons est entraîné dans un mouvement d'ensemble (lequel se superpose au mouvements individuels des particules) par des champs électriques et magnétiques mais freiné dans ce mouvement par des collisions sur les cœurs d'atomes. Bien que se basant sur des hypothèses démenties depuis ( la description du mouvement des électrons restait purement classique), il permet de rendre compte de plusieurs propriétés des métaux comme la conductivité électrique, la conductivité thermique et l'effet Hall.
« La force de Casimir a été prédite en 1948 par un physicien hollandais Hendrik Casimir, qui a considéré ce qui se passe lorsque deux plaques métalliques non chargées, parfaitement conductrices sont placées en face les uns des autres dans le vide. Selon la mécanique
quantique, l'énergie d'un champ électromagnétique dans le vide ne serait pas nulle mais fluctuerait en permanence autour d'une certaine valeur moyenne. Cependant, cette sorte de résonance signifierait que seules certaines longueurs d'onde vont pouvoir exister lorsque les deux plaques sont séparées par une distance particulière.Ce que Casimir a dégagè, c'est que la pression de radiation du champ à l'extérieur des deux plaques aurait tendance à être légèrement supérieure à celle entre les plaques, qui seront donc attirées entre elles. Comme ce champ est extrèmement petit, la force de Casimir s'est avérée extrêmement difficile à mesurer et elle ne l’était pas jusqu'en 1997 quand Steve Lamoreaux, alors à l'Université de Washington aux États-Unis, a fourni la première confirmation entreprise expérimentale de la théorie de Casimir. Bien que Lamoreaux et d'autres ont depuis effectué de meilleures mesures, un mystère important reste sur ce qui concerne la façon dont la force de Casimir doit être calculée pour les objets réels.
« Plus l'écart est grand , plus la force est faible
« Bien que des mesures Casimir aient été efficacement prises entre deux surfaces d'or, le problème est que l'or n'est pas un conducteur parfait - ce qui signifie que le rayonnement électromagnétique ne peut pénétrer qu’à une distance finie dans le métal. La distance entre les surfaces reste effectivement supérieure et la force est plus faible que si le métal était un vrai conducteur parfait, explique Thorsten Emig de l'Université de Paris Sud, un expert en force de Casimir, qui n'était pas impliqué dans ce dernier travail.
« Les deux modèles, le plasma et celui de Drude sont bons pour décrire la façon dont à courte longueur d'onde la lumière interagit avec les surfaces métalliques - et peuvent donc être utilisés pour calculer la force de Casimir à des séparations relativement courtes de moins d'environ 1 micron. Dans les grands écartements, cependant, les modèles diffèrent. Le modèle prédit que le plasma «statique transversal" en mode électrique du champ électromagnétique à l'intérieur de l'écart contribue à la force de Casimir, alors que le modèle de Drude prédit qu'il ne fonctionne pas. Malheureusement, les physiciens n'avaient pas été en mesure jusqu’alors d'utiliser un appareil pour mesurer la force de Casimir sur une plage assez grande de distances pour décider quel modèle fonctionnait le mieux à toutes les séparations.
« C’est celui de Drude qui fonctionne le mieux
« Lamoreaux, qui est maintenant à l'Université de Yale, a uni ses forces avec celles deHong Tang et ses collègues pour mesurer la force de Casimir sur la plus large gamme de distances à ce jour - de 100 nm à 2 microns. Ce faisant, l'équipe est la première à montrer que c’est le modèle de Drude qui fonctionne le mieux aussi bien à des distances courtes que longues.
« Alors que Casimir avait initialement formulé sa théorie sur des plaques parallèles, il s est avéré que mesurer la force de cette manière était délicat car il est très difficile d'aligner les plaques assez finement pour réaliser l'expérience. La percée de Lamoreaux en 1997 consistait à mesurer la force entre une plaque de métal et une sphère de métal - arrangement qui ne nécessitait plus un alignement précis. Sa derniere expérimentation consiste à mesurer la force entre une sphère recouverte d'or de rayon 4 mm et une membrane extrêmement mince de nitrure de silicium qui est également recouverte d'or. La membrane a quelques centaines de nanomètres d'épaisseur et le revêtement d'or est de 200 nm estimé. Une caractéristique importante de la surface d'or qui en résulte est qu'elle reste à plat pour moins de 3 nm sur toute la membrane, ce qui est forme un carré dont les côtés mesurent 1 mm.
« Membrane Vibrante
« La membrane est étirée en forme de tambour sur une trame de silicium, lequel est mis en vibration en utilisant un actionneur piézo-électrique. Un mesure est effectuée en amenant la sphère à l'intérieur à environ 1 micron de la surface d'or tout en surveillant les vibrations de la membrane et en utilisant un interféromètre à fibre. La présence de la force de Casimir peut être détectée par son effet sur la manière dont la membrane vibre, tandis que la force est mesurée en faisant varier la séparation depuis environ 100 nm jusqu’à 2 microns.
« En théorie, tous les points sur une surface métallique doivent être au même potentiel électrique, mais dans la pratique, les molécules adsorbées sur cette surface font le potentiel varie et de telle sorte que cela peut affecter les mesures de force - en particulier lorsque les séparations deviennent relativement importantes. Pour permettre la mesure de cet effet, l'équipe a balayé la sphère à travers plusieurs membranes pour mesurer le potentiel de surface en fonction de la position. Cela a permis aux chercheurs de choisir une membrane produisant la plus petite variation de leurs mesures Casimir. Des informations sur les caractéristiques de ce balayage furent également utilisées pour corriger les variations spatiales produites pendant la mesure.
Physicists solve Casimir conundrum
The gold standard in Casimir measurement
« Outre que montrer que le modèle de Drude est préférable pour décrire la force de Casimir, l'étude révèle également le rôle important que les variations de potentiel à travers les surfaces peuvent jouer dans les mesures de l’effet Casimir. En effet, l'équipe suggère que la prochaine étape importante dans ces mesures de sera de cartographier les variations possibles sur la surface de la sphère. En cas de succès, cela pourrait permettre d'effectuer des mesures à des séparations encore plus grandes , ce qui représente quelque chose que Lamoreaux considère comme une étape importante dans notre compréhension de la force de Casimir.
L'expérience est décrite dans Physical Review Letters.
À propos de l'auteur Hamish Johnston est rédacteur en chef de physicsworld.com
Je vous livrerai mon grain de sel et mon analyse critique demain et ce sera sauvage !!
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