C'est un effet classique

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C'est un effet classique
Actualité Classé sous : Physique
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L'effet Casimir est un phénomène célèbre en mécanique quantique. Pourtant son analogue en physique classique existe ! Il a même été prédit en 1978 par Michael Fisher et Pierre-Gilles de Gennes. Des physiciens allemands viennent de le mesurer directement pour la première fois.
Le prix Nobel Pierre-Gilles de Gennes. Crédit : CSI-SA ,1991 
Pour comprendre ce que les chercheurs ont fait, il nous faut revenir à l'origine même du concept de champ de force en physique .
En physique, un champ de force est défini par la valeur de la force qu'il peut exercer en tous points de l'espace sur une particule. Ainsi, pour définir le champ électromagnétique , on considère un fluide de particules chargées dans l'espace, et les équations de Maxwell de l' électromagnétisme sont implicitement les équations donnant le mouvement d'un tel fluide chargé en réponse aux forces électromagnétiques. Comme les mouvements des fluides sont des combinaisons de rotations, de translations et de dilatations , les différents termes des équations de Maxwell donnent des expressions pour des taux de rotation et de dilatation dans un fluide chargé soumis à des champs électriques et magnétiques.
On peut aller plus loin avec cette image de fluide. En effet, celui-ci peut résulter de la condensation d'un gaz , et même si l'on emploie une description continue pour les équations d'un champ, ce n'est jamais que la limite d'une description discrète de particules. Ainsi, des phénomènes liés à la transition de phase liquide/gaz peuvent intervenir dans une description fine d'une théorie des champs, particulièrement en théorie quantique des champs. C'est pourquoi il existe une mécanique statistique des champs.
Le domaine des transitions de phase en physique classique est très riche. Il existe en particulier un phénomène important qui est celui des fluides critiques. Lorsqu'un gaz se transforme en liquide , dans certaines conditions de température et de pression , il apparaît en général deux phases, liquide et gazeuse, se transformant l'une dans l'autre au fur et à mesure. Il existe alors des bulles de liquide et de gaz qui apparaissent et disparaissent par suite des fluctuations thermiques et qui croissent et décroissent en fonction de la direction dans laquelle la transition de phase évolue. Au final, il n'y aura plus que du liquide ou du gaz.
Hendrik Casimir (1909-2000), le théoricien hollandais a réalisé que lorsque deux miroirs sont en face de l'autre dans le vide, les fluctuations du vide vont exercer sur eux une "pression de radiation". En moyenne, la pression externe (flèches rouges) est supérieure à la pression interne (flèches vertes). Les deux miroirs sont donc attirés mutuellement les uns aux autres par ce que l'on appelle la force de Casimir. C'est la force F qui est proportionnelle à A/d 4 , où A est la surface des miroirs et d la distance qui les sépare. Crédit : Astrid Lambrecht 
Toutefois, il existe pour un fluide une température et une pression définissant ce qu'on appelle le point critique, la taille des fluctuations est alors macroscopique. Le fluide n'est ni vraiment un gaz ni vraiment un liquide et il suffit d'un petit changement de pression, par exemple, pour que l'on passe directement et en bloc pour le fluide dans une seule des phases.
Il se trouve que les fluctuations classiques dans cet état sont analogues à celles d'un champ quantique. En particulier, il devrait être possible de réaliser l'analogue de l' effet Casimir comme Pierre-Gilles de Gennes et Michael Fisher l’ont prédit avec des systèmes possèdant l'analogue du point critique avec deux phases constituées de deux liquides.
Rappelons que l’effet Casimir se manifeste par l’apparition d’une force entre deux plaques métalliques très rapprochées . Les deux plaques modifiant la forme des fluctuations quantiques du vide dans l'espace qu'elles encadrent, elles changent sa densité d' énergie qui devient localement plus faible. Ce qui fait que la pression de l'énergie dans le vide environnant, plus forte, va pousser les plaques l'une vers l'autre.
Le dispositif de l'équipe de Stuttgart, avec un mélange critique dans un récipient en verre, et le rayon laser tombant sur une paroi taillée en prisme. Crédit: Ingrid Schofron 
On peut réaliser l'analogue de l'effet Casimir en mélangeant dans un récipient en verre de l'eau et de l'huile, de la 2,6-lutidine pour être précis. A 34 °C, le mélange est proche de son état critique où l'on ne peut plus vraiment distinguer du point de vue physique les deux liquides. On ajoute ensuite des petites billes de polystyrène de 3 micromètres de diamètre, recouvertes d'une substance attirant l'eau ou l'huile, avec un choix similaire mais opposé pour les parois du récipient en verre.
Alors que la mesure d'un effet Casimir classique s'est révélée très délicate jusqu'à présent, en envoyant un rayon laser sur les parois du récipient contenant ce mélange critique, il est possible de mesurer la petite force attirant les billes vers la paroi. Selon le choix des substances recouvrant les billes et les parois, on aura même des forces de répulsion ou d'attraction causées par l'effet Casimir classique.
Cette technique utilisée afin d'obtenir, pour la première fois, une mesure directe de l'effet Casimir classique est basée sur ce qu'on appelle la microscopie par réflexion interne totale . En mesurant le lumière diffusée par les petites billes au voisinage de la paroi du récipient, on peut en déduire la distance les séparant de celle-ci et son évolution dans le temps. Les mesures obtenues sont en bon accord avec la théorie.
Les chercheurs pensent que cet effet aura des applications en nanotechnologie où il faudra tenir compte aussi bien de l'effet Casimir classique que quantique dans la réalisation de nanomachines .
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Effet Casimir : dans un fluide, ça marche aussi !


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Effet Hall - Définition et Explications
Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0 .
La liste des auteurs est disponible ici .
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L' effet Hall classique a été découvert en 1879 par Edwin Herbert Hall : un courant électrique traversant un matériau baignant dans un champ magnétique engendre une tension perpendiculaire à ceux-ci.
Sous certaines conditions, cette tension (La tension est une force d'extension.) croît par paliers, effet caractéristique de la physique quantique (La physique quantique est l'appellation générale d'un ensemble de théories physiques...) . Le Prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les...) a été attribué en 1985 pour l' effet Hall (L'effet Hall classique a été découvert en 1879 par Edwin Herbert Hall : un courant...) quantique entier et en 1998 pour l' effet Hall quantique fractionnaire .
Lorsqu'un courant traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de...) un barreau en matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) semi-conducteur (Un semi-conducteur est un matériau qui a les caractéristiques électriques d'un...) (ou conducteur), et si un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) d'induction B est appliqué perpendiculairement au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) de passage du courant, une tension, appelée tension Hall , proportionnelle au champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique et au courant apparaît sur les faces latérales du barreau.
Cette tension est proportionnelle à la vitesse (On distingue :) de déplacement (
En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) des porteurs de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) qui est considérablement plus grande dans les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) semi-conducteurs que dans les conducteurs métalliques.
On sait qu'un champ magnétique agit sur les charges en mouvement. Le courant qui traverse le matériaux conducteur est produit par des charges (les électrons libres) qui se déplacent avec une vitesse que l'on notera v .
Ces électrons sont donc soumis à une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) F m = -e . v ^ B . (Force de Lorentz), où -e correspond à la charge d'un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...) . Il en découle un déplacement d'électrons et une concentration de charges négatives sur l'un des côtés du matériaux ainsi qu'un déficit de charges négatives du côté opposé (
En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à...) . Cette distribution de charge donne naissance à la tension Hall V H ainsi qu'à un champ électrique (En physique, on désigne par champ électrique un champ créé par des particules...) E H .
Ce champ électrique est lui même responsable d'une force électrique qui agit sur les électrons : F e = - e . E H (Force de Coulomb). L'équilibre est atteint lorsque la somme des deux forces est nulle (deuxième loi de Newton). On peut alors écrire E H = - v ^ B .
Les capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) à Effet Hall permettent de mesurer :



 
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1. Il sera, je crois, utile, pour que mes romans ne me tournent pas la tête, d'y mêler la lecture de l'antiquité classique , et des philosophes surtout. Peut-être alors dominerai-je assez mes romans pour qu'ils ne m'entraînent pas comme ils font.
Michelet , Journal, 1820 , p. 107.
− [Appliqué au berceau de la culture classique, la Grèce, l'Italie] Cette terre classique et historique où Virgile et Le Tasse ont chanté ( Chateaubriand , Mémoires d'Outre-Tombe, t. 4 , 1848 , p. 124).
2. Il n'y a pas d'enseignement qui soit par lui-même démocratique ou aristocratique. Taine a vu dans l'enseignement classique et dans les vieilles humanités la source de l'esprit révolutionnaire. Personne ne croit plus à ce rapport artificiel. Il serait aussi vain de penser avec tel instituteur que le latin, langue des curés, ne saurait que véhiculer une influence cléricale. Et pareillement que les langues et les sciences contiennent une vertu démocratique.
Thibaudet , Réflexions sur la litt., 1936 , p. 250.
3. Il est vrai, répondit le comte d'Erfeuil, que nous avons en ce genre les véritables autorités classiques ; Bossuet, La Bruyère, Montesquieu, Buffon, ne peuvent être surpassés; surtout les deux premiers, qui appartiennent à ce siècle de Louis XIV, qu'on ne saurait trop louer, et dont il faut imiter, autant qu'on le peut, les parfaits modèles.
M me de Staël , Corinne, t. 1 , 1807 , p. 325.
− Spéc. Répertoire classique. Qui ne comporte que des œuvres classiques ( cf. Zola , La Curée, 1872, p. 508).
4. On prend quelquefois le mot classique comme synonyme de perfection. Je m'en sers ici dans une autre acception, en considérant la poésie classique comme celle des anciens, et la poésie romantique comme celle qui tient de quelque manière aux traditions chevaleresques.
M me de Staël , De l'Allemagne, t. 2 , 1810 , p. 129.
5. J'appellerais volontiers classiques tous les ouvrages réguliers, ceux qui satisfont l'esprit non seulement par une peinture exacte ou grandiose, ou piquante des sentiments et des choses, mais encore par l'unité...
E. Delacroix , Journal, t. 3 , 1863 , p. 23.
d) P. anal., ÉCON. POL. École classique. Groupe d'économistes anglais et français que l'on considère comme les fondateurs de l'économie politique. Les économistes classiques en réclamèrent, et à bon droit, la suppression (de la grande industrie) ( Durkheim , De la Division du travail soc., 1893 , p. XXVI).
♦ Qqf. Style classique. Synon. de style de la Renaissance ( cf. A. Lenoir , Archit. monastique, t. 1, 1852, p. XVI).
6. Au lieu de mimer la pyrrhique,
Qu'autrefois on nous enseigna,
Danse noble, danse classique ,
En tous lieux maintenant voilà
Qu'on danse une chose excentrique
Et sans nom, qui ressemble à ça...
Meilhac, Halévy , La Belle Hélène, 1865 , III, 5, p. 265.
Rem. Sens attesté dep. Rob. 1953 avec la précision suiv. : ,,Musique qui appartient à une période (...) dont J. S. Bach est le principal représentant.``
♦ P. anal. Beauté classique. Qui est conforme aux canons de la beauté antique. Ses formes n'offraient pas les sévères lignes sculpturales de la beauté classique ( L. Cladel , Ompdrailles, 1879 , p. 103).
− [Appliqué à une toilette] Qui est sobre, de bon goût. Gina (...) n'aimait que les robes classiques et sages, presque droites ( Abellio , Heureux les pacifiques, 1946 , p. 124).
− Emploi subst. masc. Berthe aussi s'habille très bien (...) Elle ne porte que du classique ( J. Renard , Comédies, Le Pain de ménage , 1899 , p. 68).
7. Quoique je sois redevenue plus aguichante et gentille, il ne me dit plus rien de la chose, et il ne se décide pas davantage à tenter une nouvelle attaque directe, pas même le coup classique du bouton de culotte à recoudre... Un coup grossier, mais qui ne rate pas souvent son effet ... En ai-je recousu, mon dieu, de ces boutons-là! ...
Mirbeau , Le Journal d'une femme de chambre, 1900 , p. 106.
− [P. anal. avec le syntagme terre classique ( supra I A 1 a)] Terre, sol classique de. Terre habituelle, berceau de... Cette terre classique du banditisme [ la Corse ] ( Maupassant , Contes et nouvelles, t. 1, Histoire corse , 1881 , p. 43). Le pays de Walter Scott, terre classique des ballades et des romances ( Barrès , Mes cahiers, t. 4 , 1904-06 , p. 97).
8. Au premier abord il nous semble que les théories ne durent qu'un jour et que les ruines s'accumulent sur les ruines. Un jour elles naissent, le lendemain elles sont à la mode, le surlendemain elles sont classiques , le troisième jour elles sont surannées et le quatrième elles sont oubliées.
H. Poincaré , La Valeur de la sc., 1905 , p. 268.
9. ... tout homme qui a la tête meublée de ces beaux mots des Anciens, qui s'en souvient en pensant et en parlant, et qui tient à en faire ressouvenir les autres, est un classique .
Sainte-Beuve , Nouveaux lundis, t. 13 , 1863-69 , p. 284.
− Écrivain de l'époque classique française. Une collection de classiques; connaître ses classiques par cœur. La querelle des romantiques et des classiques ( Péguy , L'Argent, 1913 , p. 1123). Un Racine apprivoisé, un classique qui traîne dans tous les livres de classe des lycées ( Green , Journal, 1946 , p. 81).
− Auteur (de pays ou d'époque divers) digne de servir de modèle aux générations futures. Le maître certain du conte, le classique du conte (Maupassant) ( Thibaudet , Hist. de la litt. fr. de 1789 à nos jours, 1936 , p. 376).
10. Il n'avait pas assez de sarcasmes pour ces pontifes de conservatoires, interprétant les grands hommes du passé en « classiques ».
− « Classique ! ce mot dit tout. La libre passion, arrangée, expurgée à l'usage des écoles! La vie, cette plaine immense que balayent les vents, − renfermée entre les quatre murs d'une cour de gymnase! Le rythme sauvage et fier d'un cœur frémissant, réduit au tic tac de pendule d'une mesure à quatre temps, qui va tranquillement son petit bonhomme de chemin, clochant du pied et béquillant sur le temps fort!
R. Rolland , Jean-Christophe, La Révolte , 1907 , p. 436.
− PEINT. Peintre classique. C'est un classique (Degas) par sa passion du vrai, son amour du moment où il vit ( C. Mauclair , Les Maîtres de l'impressionnisme, 1904 , p. 100).
a) Livre classique. À côté des classiques (...) de magnifiques dictionnaires ( Mallarmé , La Dernière mode, 1874 , p. 777).
b) Rare [Avec une valeur collective] Genre classique
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