La force de Casimir: un effet des fluctuations du vide

1
La force de Casimirun effet des fluctuations du
vide

• Astrid LambrechtLaboratoire Kastler Brossel
  (ENS, CNRS, U. Pierre et Marie Curie)
• http//www.spectro.jussieu.fr/Vacuum

2
Fluctuations du vide électromagnétique

• Energie moyenne par mode du champ
• Effets mécaniques à léchelle macroscopique
• Effet statique force de Casimir
• Effet dynamique force dissipative
• émission de
  rayonnement
• Phénomènes microscopiques
• émission spontanée
• déplacement de Lamb
• force de van der Waals

3
Casimir 1948

• Hypothèses
• Miroirs plans parallèles
• Réflexion parfaite
• Température nulle
• Surfaces planes

• Ordre de grandeurde la pression de Casimir

4
Expérience récente

• Harris, Chen, Mohideen (PRA 2000)
• Microscope à force atomique (AFM)
• Géométrie plan/sphère
• Sphère et plan recouverts dor
• Distances 60-900nm
• Lecture optique
• Précision expérimentale 2 à courte distance

Courtesy U. Mohideen
5
Comparaison théorie - expérience

• Accord de 2 en tenant compte des corrections
  suivantes
• Géométrie plan/sphère
• Réflexion imparfaite
• Température ambiante(correction lt 1)
• Rugosité de surface(correction lt 1)

Courtesy U. Mohideen
6
Nouvelles forces ?

• Nouvelles forces hypothétiques prévues par les
  modèles dunification
• Comparées à la force de Newton
• Les mesures donnent des contraintes sur
  lamplitude relative a pour une portée lL

7
Origine de la force de Casimir

• Pression de radiation du vide
• en dehors de la cavité
• dans la cavité
• Fonction dAiry

q
vecteur donde longitudinal
8
Force de Casimir entre miroirs métalliques

• Modèle Plasma
• Au lp136nm
• réduction de la force

• Force de Casimir intégrale sur tous les modes

C. Genet, A. Lambrecht S. Reynaud, Phys. Rev.
A67 043811 (2003)
9
Effet Casimir dynamique

• Miroir au repos pas de force moyenne,mais
  fluctuations de force dues aux fluctuations du
  vide

• Miroir en mouvement q(t) (Champ scalaire)

Nombre de photons émis Trop petit pour être
observé expérimentalement!
Oscillation harmonique
Référence par rapport à laquelle se repère le
mouvement Sont-elles compatibles avec le principe
de relativité ? Vitesse uniforme Invariance de
Lorentz Accélération uniforme Invariance
conforme Accélération non uniforme Emission de
photons!
10
Cavité de grande finesse

• Cavité ouverte le champ peut sortir
• Finesse
• Fréquences de résonance

11
Modes pairs et impairs
Deux mouvements sont résonnants Mode
respiratoire (K pair) Mode global (K
impair) Nombre de photons émis pendant un
tempsT Amplification du rayonnement par la
finesse (Lambrecht, Reynaud, Jaekel, PRL
1996)
12
Formation dimpulsions

• Densité dénergie émise par la cavité pour
  des vitesses effectives différentes
• Lambrecht, Jaekel, Reynaud, EPJD 1998

13
Ordres de grandeur
Ordres de grandeur

• Fréquence doscillation mécanique W/2p1 GHz
• Cavité supra-conductrice F109-1010
• Mouvement mécanique v/c10-9
• vitesse v30 cm/s
• amplitude a10-11m
• accélération Wv108m/s2
• N10 photons/seconde en dehors de la cavité

Lambrecht, JOB 2005
14
Léquipe
Astrid Lambrecht et Serge Reynaud

• Effet Casimir statique
• Francesco Intravaia
• Guillaume Jourdan
• Irina Pirozhenko

Effet Casimir dynamique François Xavier Dezael

Collaborations théoriques Marc-Thierry Jaekel
(LPT-ENS Paris) Paulo Maia-Neto (Université de
Rio de Janeiro) Collaborations
expérimentales Joël Chevrier (LEPES, Grenoble)
Roberto Onofrio (Dartmouth, USA) Valery
Nezvishevsky (ILL, Grenoble) NANOCASE (contrat
ESF)