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L'effet
Casimir est un phénomène quantique qui se manifeste comme une force
attractive entre deux surfaces conductrices non chargées et placées très
près l'une de l'autre, dans le vide, sans interaction classique directe.
Ce phénomène a été prédit en 1948 par le physicien néerlandais Hendrik
Casimir, dans le cadre de l'électrodynamique
quantique (QED). L'explication repose sur la nature du vide quantique,
qui n'est pas un espace vide au sens classique, mais un champ fluctuant
rempli d'oscillations électromagnétiques virtuelles.
Dans un vide libre,
ces fluctuations peuvent se produire avec toutes les longueurs d'onde possibles.
Cependant, lorsque deux plaques conductrices parallèles sont placées
à une distance nanométrique ou micrométrique, elles imposent des conditions
aux champs électromagnétiques entre elles : seules certaines longueurs
d'onde correspondant aux modes stationnaires peuvent exister dans l'espace
confiné. En dehors des plaques, aucune restriction comparable ne s'applique.
Ce déséquilibre dans la densité d'énergie des fluctuations du vide
à l'intérieur et à l'extérieur de l'entre-deux engendre une différence
de pression qui pousse les plaques l'une vers l'autre.
La force Casimir
devient significative uniquement à des distances extrêmement petites,
typiquement de l'ordre de 10 à 100 nanomètres. Elle est proportionnelle
à l'inverse de la quatrième puissance de la distance séparant les plaques,
ce qui la rend très sensible à l'écartement. Expérimentalement, elle
a été confirmée pour la première fois dans les années 1990 avec des
mesures très précises utilisant des plaques ou sphères métalliques,
validant ainsi l'existence de cette force issue des fluctuations quantiques.
Cet effet ne dépend
pas uniquement de la géométrie des surfaces, mais aussi des propriétés
du matériau (conductivité, température, rugosité). Il existe également
des variantes théoriques, par exemple l'effet Casimir répulsif, qui peut
survenir dans certaines configurations avec des matériaux diélectriques
ou en présence de fluides intermédiaires.
Sur le plan pratique,
l'effet Casimir est particulièrement important dans les dispositifs micro-
et nano-électromécaniques (MEMS et NEMS), où les composants proches
peuvent subir des adhésions ou blocages à cause de cette force. De plus,
il illustre la réalité physique des fluctuations du vide, constituant
une preuve indirecte mais robuste de la structure quantique de celui-ci. |
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