Qu'est-ce que l'effet Casimir?

L'effet Casimir est une faible force attractive qui agit entre deux plaques conductrices non chargées, parallèles et très proches l'une de l'autre. Il est dû aux fluctuations quantiques du champ électromagnétique dans le vide.

Cet effet fut prédit par un physicien hollandais, Hendrick Casimir, en 1948. D'après la théorie quantique, le vide contient des particules virtuelles qui sont sans cesse en train de fluctuer (cf. particules virtuelles). Casimir réalisa qu'entre deux plaques, seuls les photons virtuels dont les longueurs d'onde sont un sous-multiple de la distance entre les plaques doivent être comptées dans le calcul de l'énergie du vide. La densité d'énergie décroît quand on rapproche les plateaux, ce qui implique qu'il y a une petite force qui les attire l'un vers l'autre.

La force attractive de Casimir entre deux plateaux d'aire A séparés par une distance a peut être calculée par la formule:


                 pi² h-bar c
           F =   ----------- A
                    240 a⁴

où h-bar est la constante de Planck divisée par 2 pi et c la vitesse de la lumière dans le vide.

La petite force a été mesurée en 1996 par Steven Lamoreaux. Ses résultats concordaient avec la théorie dans les conditions de l'expérience (incertitude de 5%).

D'autres particules que le photon engendrent aussi un léger effet mais seule la force due aux photons est mesurable. Tous les bosons, par exemple les photons, produisent une force de Casimir attractive, alors que les fermions engendrent une répulsion. Si l'électromagnétisme était supersymétrique il y aurait des neutrinos fermioniques [NdT: traduction de "fermionic neutrinos"] dont la contribution annulerait exactement celle due aux photons et il n'y aurait pas d'effet Casimir. Le fait que l'effet Casimir existe prouve que si la supersymétrie existe dans la nature alors ce doit être une symétrie brisée.

Selon la théorie le point zéro de l'énergie totale dans le vide est infini si on fait la somme de tous les modes possibles des photons. L'effet Casimir provient d'une différence entre deux énergies infinies où les infinis s'annulent [pour former un résultat fini]. L'énergie du vide est une énigme dans les théories de gravitation quantiques du fait qu'elle devrait agir comme la gravitation et produire une constante cosmologique élevée, ce qui ferait se rouler en boule l'espace-temps. On pense lever cette aberration dans une théorie de la gravitation quantique.

Références

H.B.G. Casimir, Proc. Kon. Ned. Akad. Wetensch. B51, 793 (1948)

S. Lamoreaux, Phys Rev Lett, 78, p5 (1996)