Des chercheurs de l'Université du Maryland ont pour la première fois mesuré un effet qui avait été prédit il y a plus de 40 ans, appelé le couple Casimir.

Lorsqu'ils sont placés ensemble dans un vide inférieur au diamètre d'une bactérie (un micron) à part, deux morceaux de métal s'attirent. C'est ce qu'on appelle l'effet Casimir. Le couple Casimir - un phénomène connexe causé par les mêmes effets électromagnétiques quantiques qui attirent les matériaux - pousse les matériaux dans une rotation. Parce que c'est un si petit effet, le couple Casimir a été difficile à étudier. L'équipe de recherche, qui comprend des membres des départements de génie électrique et informatique et de physique de l'UMD et de l'Institut de recherche en électronique et en physique appliquée, a construit un appareil pour mesurer la prédiction vieille de plusieurs décennies de ce phénomène et a publié ses résultats dans le numéro du 20 décembre de la revue La nature .

"C'est une situation intéressante où l'industrie utilise quelque chose parce que ça marche, mais le mécanisme n'est pas bien compris, " a déclaré Jeremy Munday, le chef de file de la recherche. "Pour les écrans LCD, par exemple, nous savons créer des cristaux liquides torsadés, mais nous ne savons pas vraiment pourquoi ils se tordent. Notre étude prouve que le couple Casimir est une composante cruciale de l'alignement des cristaux liquides. Il est le premier à quantifier la contribution de l'effet Casimir, mais n'est pas le premier à prouver qu'il y contribue."

L'appareil place un cristal liquide à quelques dizaines de nanomètres d'un cristal solide. Avec un microscope polarisant, les chercheurs ont ensuite observé comment le cristal liquide se tord pour correspondre à l'axe cristallin du solide.

L'équipe a utilisé des cristaux liquides car ils sont très sensibles aux forces externes et peuvent tordre la lumière qui les traverse. Sous le microscope, chaque pixel imagé est soit clair, soit sombre selon le degré de torsion de la couche de cristaux liquides. Dans l'expérience, un léger changement dans la luminosité d'une couche de cristaux liquides a permis à l'équipe de recherche de caractériser la torsion des cristaux liquides et le couple qui l'a provoquée.

L'effet Casimir pourrait faire bouger des pièces à l'échelle nanométrique et peut être utilisé pour inventer de nouveaux dispositifs à l'échelle nanométrique, tels que des actionneurs ou des moteurs.

« Pensez à toute machine nécessitant la transmission d'un couple ou d'une torsion :arbres de transmission, moteurs, etc., " a déclaré Munday. " Le couple Casimir peut le faire à l'échelle nanométrique. "

Connaître la quantité de couple Casimir dans un système peut également aider les chercheurs à comprendre les mouvements de pièces à l'échelle nanométrique alimentées par l'effet Casimir.

L'équipe a testé différents types de solides pour mesurer leurs couples Casimir, et a constaté que chaque matériau a sa propre signature unique de couple Casimir.

Les appareils de mesure ont été construits dans le Fab Lab d'UMD, une installation utilisateur partagée et des outils de logement en salle blanche pour fabriquer des dispositifs à l'échelle nanométrique.

Autrefois, les chercheurs ont également effectué les premières mesures d'une force Casimir répulsive et une mesure de la force Casimir entre deux sphères. Ils ont également fait des prédictions qui pourraient être confirmées si la technique de mesure actuelle pouvait être affinée; Munday rapporte qu'ils testent d'autres matériaux pour contrôler et adapter le couple.

Munday est professeur agrégé d'ingénierie électrique et informatique à l'école d'ingénierie A. James Clark de l'UMD, et son laboratoire se trouve à l'Institut de recherche en électronique et physique appliquée de l'UMD, qui permet la recherche interdisciplinaire entre ses facultés de sciences naturelles et d'ingénierie.

"De telles expériences nous aident à mieux comprendre et contrôler le vide quantique. C'est ce que l'on pourrait appeler" la physique de l'espace vide, ' qui, après un examen plus approfondi, ne semble pas si vide après tout, " dit John Gilaspy, le responsable du programme de physique qui a supervisé le financement de la recherche par la NSF.

"Classiquement, le vide est vraiment vide - c'est, par définition, l'absence de quoi que ce soit, " a déclaré Gillaspy. " Mais la physique quantique prédit que même l'espace le plus vide que l'on puisse imaginer est rempli de particules et de champs " virtuels ", fluctuations quantiques dans le vide pur qui conduisent à de subtiles, mais bien réel, effets qui peuvent être mesurés et même exploités pour faire des choses qui seraient autrement impossibles. L'univers contient beaucoup de choses compliquées, pourtant il y a encore des questions sans réponse sur certains des plus simples, phénomènes les plus fondamentaux, cette recherche peut nous aider à trouver certaines des réponses. »