Le physicien de l'ASU Frank Wilczek a montré pour la première fois que la force de Casimir peut être inversée et rendue répulsive, accordable ou amélioré, en fonction des propriétés du matériau inséré entre les plaques. Crédit :Alan Stonebraker, Société américaine de physique
La force est forte non seulement dans la tradition de Star Wars, mais aussi en tant que propriété fondamentale de la physique. Par exemple, les scientifiques peuvent rapprocher deux plaques métalliques non chargées dans le vide, et "voila!" —-ils s'attireront comme Luke Skywalker et son sabre laser de confiance.
En 1948, Le physicien théoricien néerlandais Hendrick Casimir a d'abord prédit une force d'attraction responsable de cet effet - plus tard surnommé l'effet Casimir. Un demi-siècle plus tard, en 1996, la force de Casimir a été mesurée expérimentalement pour la première fois par Steve Lamoreaux au Laboratoire national de Los Alamos.
Mais tout comme le côté lumineux et obscur de la force dans Star Wars, les scientifiques se sont demandés, peut-il y avoir une force de Casimir égale mais opposée ?
« Entre deux matériaux semblables, cette force correspond toujours à une force attractive de Casimir, quels que soient les matériaux de médiation, " a déclaré Frank Wilczek, physicien de l'Université d'État de l'Arizona. " Pourtant, en principe, la force de Casimir peut être répulsive. "
Wilczek explique que la génération d'une force Casimir répulsive a suscité un grand intérêt dans des applications pratiques telles que l'industrie des semi-conducteurs, au fur et à mesure que les puces sont devenues de plus en plus petites avec des fonctionnalités à l'échelle atomique.
"Dans les années récentes, les gens ont consacré des efforts substantiels à la réalisation des forces repoussantes de Casimir, notamment en vue d'applications aux nano-dispositifs et aux colloïdes, qui peut contenir des parties voisines que l'on veut garder séparées."
Maintenant, Wilczek, avec son collègue Qing-Dong Jiang de l'Université de Stockholm, ont montré pour la première fois que la force Casimir peut être inversée et rendue répulsive, accordable ou amélioré, en fonction des propriétés du matériau inséré entre les plaques.
"Nous constatons que la force Casimir peut, en fonction de la distance, osciller entre attractif et repoussant, et qu'il peut être réglé par application d'un champ magnétique externe, " mentionné
Pour rendre la force Casimir entre les plaques métalliques répulsive, Wilczek et son collègue de l'Université de Stockholm, Qing-Dong Jiang, ont inséré un matériau entre les plaques qui rompt ce comportement. Ce matériau "chiral" (chiral vient du mot grec qui signifie main) provoque deux types de photons qui diffèrent comme votre main gauche et votre main droite, ou dans ce cas, photons polarisés circulaires droit et gauche. Crédit :American Physical Society
Wilczek, professeur de physique à l'ASU qui occupe également des postes de professeur au Massachusetts Institute of Technology et à l'Université de Stockholm.
Loin d'être une science à propos de rien, le "matériau" à l'intérieur de l'espace vide des vides entre les deux plaques métalliques, à cause des effets quantiques, sont en fait des rivières regorgeant d'une force invisible - des ondes électromagnétiques qui contiennent une énergie inexploitée. Pendant l'effet Casimir, lorsque les plaques sont déplacées ensemble, certaines des ondes dans le vide sont progressivement expulsées, donner plus d'énergie à leur environnement, et provoquant la force d'attraction.
Le vide est rempli de fluctuations quantiques du champ électromagnétique - des photons virtuels qui apparaissent et disparaissent - qui sont supposés se comporter de la même manière. Pour rendre les plaques repoussantes et accordables, Wilczek et Qing-Dong Jiang, un collègue de l'Université de Stockholm, ont inséré un matériau entre les plaques qui rompt ce comportement. Ce matériau "chiral" (chiral vient du mot grec qui signifie main) provoque deux types de photons qui diffèrent comme votre main gauche et votre main droite, ou dans ce cas, photons polarisés circulaires droit et gauche. Le matériau fait que les photons ont des vitesses différentes qui peuvent chacun transférer une quantité différente de quantité de mouvement aux plaques.
Wilczek et Jiang ont calculé la force de Casimir entre deux plaques pour deux types de matériaux chiraux intermédiaires et à différentes températures. Ils ont découvert que la force pouvait être ajustée en modifiant la distance entre les plaques ou en modifiant la force d'un champ magnétique appliqué. Ils ont découvert que ces ajustements pouvaient produire une force répulsive de Casimir plus de trois fois plus forte que la force attractive pour la même configuration dans le vide.
"La clé pour réaliser les forces répulsives de Casimir entre des objets similaires est d'insérer un matériau chiral intermédiaire entre eux, " a déclaré Wilczek. " La force chirale de Casimir a plusieurs caractéristiques distinctives :elle peut être oscillatoire, son ampleur peut être grande, et il peut varier en réponse aux champs magnétiques externes."
Ils espèrent que ces résultats fourniront aux physiciens et ingénieurs intéressés par les semi-conducteurs et les nanodispositifs une nouvelle façon d'explorer les comportements et les propriétés de différents matériaux au niveau quantique.
"Grâce à la connexion de cette force à des propriétés matérielles mesurables indépendamment, on obtient une multitude de phénomènes prédits qui reflètent directement les effets macroscopiques des fluctuations quantiques."
Et peut-être, les scientifiques peuvent même s'inspirer un peu de l'innovation en puisant dans leur geek intérieur de Star Wars à partir de l'une des citations de films les plus célèbres de Dark Vador :"Ne sous-estimez pas la force."
