La force du néant a été utilisée pour manipuler des objets

Les scientifiques peuvent utiliser des forces assez sauvages pour manipuler des matériaux.

Il y a les pinces acoustiques, qui utilisent la force du rayonnement acoustique pour contrôler de minuscules objets. Les pinces optiques faites de lasers exploitent la force de la lumière. Non contents de cela, les physiciens ont maintenant fabriqué un dispositif permettant de manipuler des matériaux en utilisant la force du… néant.

D’accord, c’est peut-être un peu simpliste. Quand nous disons « néant », nous faisons en fait référence à la force d’attraction qui se produit entre deux surfaces dans le vide, connue sous le nom de force de Casimir. Les nouvelles recherches ont fourni non seulement un moyen de l’utiliser pour la manipulation d’objets sans contact, mais aussi de le mesurer.

Les implications couvrent de multiples domaines, de la chimie et de l’astronomie des ondes gravitationnelles jusqu’à quelque chose d’aussi fondamental et omniprésent que la métrologie – la science de la mesure.

« Si vous pouvez mesurer et manipuler la force de Casimir sur les objets, alors nous gagnons la capacité d’améliorer la sensibilité à la force et de réduire les pertes mécaniques, avec la possibilité d’avoir un impact important sur la science et la technologie », a expliqué le physicien Michael Tobar de l’université d’Australie-Occidentale.

La force de Casimir a été prédite pour la première fois en 1948 par le physicien théoricien néerlandais Hendrik Casimir, et a finalement été démontrée dans le cadre de ses valeurs prédites en 1997.

Mais, depuis lors, il a suscité beaucoup plus d’intérêt, non seulement pour lui-même, mais aussi pour la façon dont il pourrait être utilisé dans d’autres domaines de recherche.

Ce que Casimir a prédit, c’est qu’une force d’attraction existerait entre deux plaques conductrices dans le vide, en raison des contrastes dans les fluctuations quantiques du champ électromagnétique.

« Pour comprendre cela, nous devons nous plonger dans les bizarreries de la physique quantique. En réalité, un vide parfait n’existe pas – même dans un espace vide à température zéro, les particules virtuelles, comme les photons, entrent et sortent de l’existence », a déclaré M. Tobar.

« Ces fluctuations interagissent avec les objets placés dans le vide et sont en fait d’autant plus importantes que la température augmente, provoquant une force mesurable à partir de “rien” – autrement connue sous le nom de la force de Casimir. »

L’expérience de l’équipe s’est déroulée à température ambiante. Ils ont utilisé une minuscule enceinte métallique conçue pour confiner certains types de rayonnements électromagnétiques, appelée cavité micro-ondes rentrante.

Séparée de cette cavité par un espace d’environ un micromètre, une membrane de nitrure de silicium plaquée de métal faisait office de ressort Casimir.

En appliquant une force électrostatique, l’équipe a pu contrôler la cavité rentrante avec une précision exquise.

Cela leur a permis de manipuler la membrane avec la force de Casimir qui se produit lorsque l’espace est suffisamment petit.

« Grâce à la force de Casimir entre les objets, la membrane métallique, qui fléchissait d’avant en arrière, a vu ses oscillations de type ressort modifiées de manière significative et a été utilisée pour manipuler les propriétés de la membrane et du système de cavité rentrante d’une manière unique », a déclaré M. Tobar.

« Cela a permis des ordres de grandeur d’amélioration de la sensibilité aux forces et de la capacité à contrôler l’état mécanique de la membrane. »

Mais le contrôle de l’écart a également permis aux chercheurs de mesurer la force. Au fur et à mesure que la brèche s’ouvrait, la force de Casimir s’affaiblissait, jusqu’à ce qu’elle n’agisse plus sur la membrane. En étudiant les modifications de la membrane, l’équipe a pu générer des mesures de haute précision.

C’est une nouvelle façon de ne rien mesurer, même si d’autres méthodes ont utilisé de minuscules matériaux en mouvement rapide pour saisir également la force exercée par les variations de champs quantiques autrement vacants.

D’autres études ont également utilisé cette force de manière moins précise, en aidant par exemple de minuscules dispositifs en silicium à garder leur distance.

« La technique présentée ici a un fort potentiel pour créer des schémas et des dispositifs supplémentaires en manipulant la force thermique de Casimir », ont écrit les chercheurs dans leur article.

Par exemple, des dispositifs programmables agiles « in situ », conçus pour manipuler les structures de mode et améliorer les pertes de résonateur selon les besoins à température ambiante, pourraient être construits, y compris le développement et la manipulation d’oscillateurs mécaniques topologiques.

Ça a l’air amusant, non ?

La recherche a été publiée dans Nature Physics.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche