De la lumière extraite du vide : première observation expérimentale de l’effet Casimir dynamique

Une équipe internationale de chercheurs vient de confirmer une idée proposée pour la première fois en 1970.

Selon la physique quantique, ce que l’on appelle le vide n’est pas vraiment vide. Il contient de l’énergie, d’infimes fluctuations que l’on peut imaginer comme étant des ondes virtuelles, des particules qui apparaissent très brièvement avant de disparaître.

Ces fluctuations exercent une force. Rapprochez suffisamment 2 miroirs dans le vide et les ondes « virtuelles » qui seront trop longues pour pourvoir se loger entre eux seront exclues, ce qui aura pour effet de diminuer leur nombre à l’intérieur par rapport à leur nombre à l’extérieur. La pression extérieure sera donc plus forte et poussera alors les miroirs à se rapprocher encore plus.

Cet effet Casimir statique, connu par les physiciens depuis 1948, a été mesuré pour la première fois en 1998 par 2 équipes de chercheurs des Etats-Unis. Il a été mesuré depuis à plusieurs reprises

Pour permettre aux paires de particules virtuelles de devenir réelles en les transformant en particules de lumière (photons), il faut pouvoir les séparer et leur fournir l’énergie nécessaire.


Christopher Wilson, de la Chalmers University of Technology de Göteborg (Suède), ainsi que ses collègues, affirment avoir produit de tels photons pour la première fois.

Un miroir oscillant d’avant en arrière devrait commencer à scintiller en émettant des photons. Mais pour créer un nombre détectable de photons, le miroir doit se déplacer à une fraction significative de la vitesse de la lumière : à faible vitesse, la mer de particules virtuelles peut facilement s’adapter au mouvement du miroir et continuer d’apparaître par paires pour disparaître aussi rapidement en s’annihilant. Mais lorsque la vitesse des miroirs commence à s’approcher de la vitesse des photons quelques photons se séparent de leur partenaire et ne sont donc pas annihilés. Ces photons virtuels deviennent réels et commencent à produire de la lumière.

Ca c’est la théorie. Mais en pratique il est difficile de faire se déplacer un miroir ordinaire à des vitesses relativistes (proches de la vitesse de la lumière).

« Les accélérations requises sont au-delà des types de chocs que l’on rencontre dans les supernova et les explosions d’armes nucléaires » explique Steve Lamoreaux (physicien à Yale), qui fut l’un des premiers à mesurer l’effet Casimir statique.

Au lieu d’utiliser un vrai miroir, l’équipe de Wilson a fabriqué un circuit appelé SQUID : Superconducting Quantum Interference Device. L’équipe a exposé une boucle de métal à un champ magnétique qui fluctuait environ 11 milliards de fois par seconde. La boucle oscillait électriquement (comme un miroir oscillerait à 5% de la vitesse de la lumière), et poussait les particules virtuelles du vide.

« C’est un excellent travail, probablement l’un des meilleurs papiers publiés au cours des 40 dernières années concernant l’effet Casimir » explique Steve Lamoreaux

Ces résultats devraient rassurer les scientifiques essayant de détecter le rayonnement de Hawking, un effet d’origine quantique qui prédit l’évaporation des trous noirs.

L’expérience a été publiée le 24 mai dernier sur arXiv.org