Vous pourriez penser qu'une paire de plaques parallèles suspendues immobiles dans le vide à une fraction de micromètre l'une de l'autre serait comme des étrangers passant dans la nuit – si proches mais destinés à ne jamais se rencontrer. Grâce à la mécanique quantique, vous auriez tort.

Les scientifiques qui travaillent à la conception de machines à l'échelle nanométrique ne le savent que trop bien, car ils doivent lutter contre les forces quantiques et toute l'étrangeté qui les accompagne. Ces forces quantiques, notamment l'effet Casimir, peut faire des ravages si vous devez empêcher les surfaces rapprochées de se rejoindre.

La maîtrise de ces effets peut également être nécessaire pour la réalisation de petites pièces mécaniques qui ne collent jamais les unes aux autres, pour construire certains types d'ordinateurs quantiques, et pour l'étude de la gravité à l'échelle microscopique.

Maintenant, un grand groupe de recherche collaborative impliquant des scientifiques d'un certain nombre de laboratoires fédéraux, dont le National Institute of Standards and Technology (NIST), et grandes universités, a observé que ces effets collants peuvent être augmentés ou atténués en modelant l'une des surfaces avec des structures à l'échelle nanométrique. La découverte, décrit dans Communication Nature , ouvre une nouvelle voie pour régler ces effets.

Mais comme cela arrive souvent avec les phénomènes quantiques, l'œuvre soulève de nouvelles questions tout en répondant à d'autres.

L'un des enseignements de la mécanique quantique est qu'aucun espace, même pas l'espace extra-atmosphérique, est toujours vraiment vide. C'est plein d'énergie sous forme de fluctuations quantiques, y compris les champs électromagnétiques fluctuants qui semblent venir de nulle part et disparaissent tout aussi rapidement.

Une partie de cette énergie, cependant, n'est tout simplement pas capable de "s'insérer" dans l'espace submicrométrique entre une paire de contacts électromécaniques. Plus d'énergie à l'extérieur qu'à l'intérieur entraîne une sorte de "pression" appelée force de Casimir, qui peut être assez puissant pour pousser les contacts ensemble et coller.

La théorie dominante décrit bien la force de Casimir entre sans particularité, surfaces planes et même entre les surfaces les plus légèrement incurvées. Cependant, selon le chercheur du NIST et co-auteur de l'article, Vladimir Aksyuk, la théorie existante ne parvient pas à prédire les interactions qu'ils ont observées dans leur expérience.

« Dans notre expérience, nous avons mesuré l'attraction Casimir entre une sphère recouverte d'or et des surfaces d'or plates ornées de rangées de périodiques, crêtes à sommet plat, chacun moins de 100 nanomètres de diamètre, séparés par des interstices un peu plus larges avec des parois à parois abruptes profondes, " dit Aksyuk. " Nous voulions voir comment une surface métallique nanostructurée affecterait l'interaction Casimir, ce qui n'avait jamais été tenté avec une surface métallique auparavant. Naturellement, nous nous attendions à ce qu'il y ait une attraction réduite entre notre surface rainurée et la sphère, quelle que soit la distance qui les sépare, parce que le dessus de la surface rainurée présente moins de surface totale et moins de matière. Cependant, nous savions que la dépendance de la force Casimir vis-à-vis de la forme de la surface n'est pas si simple."

En effet, ce qu'ils ont trouvé était plus compliqué.

Selon Aksyuk, quand ils ont augmenté la séparation entre la surface de la sphère et la surface rainurée, les chercheurs ont découvert que l'attraction Casimir diminuait beaucoup plus rapidement que prévu. Quand ils ont déplacé la sphère plus loin, la force est tombée d'un facteur deux en dessous de la valeur théoriquement prédite. Lorsqu'ils ont déplacé la surface de la sphère près des sommets des crêtes, l'attraction par unité de surface supérieure de crête a augmenté.

"La théorie peut expliquer l'attraction plus forte, mais pas pour l'affaiblissement trop rapide de la force avec une séparation accrue, " dit Aksyuk. " C'est donc un nouveau territoire, et la communauté des physiciens va devoir trouver un nouveau modèle pour le décrire."