Recherchez sur tout Techno-Science.net
       
Techno-Science.net : Suivez l'actualité des sciences et des technologies, découvrez, commentez
Posté par Michel le Lundi 15/05/2006 à 00:00
Non content de l'accélérer ou de la ralentir, un physicien fait reculer la lumière !
Ces dernières années, les scientifiques ont découvert des moyens d'accélérer ou de ralentir la lumière, mais des chercheurs de l'université de Rochester viennent de franchir un nouveau cap: faire se déplacer la lumière à reculons. Et comme un défi au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement,...) commun, une impulsion lumineuse qui recule se déplace plus rapidement que la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée...).

Robert Boyd, professeur d'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) à l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Rochester, a récemment montré comment ralentir ou accélérer une impulsion lumineuse, en utilisant des techniques et des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) exotiques. Il vient désormais de démontrer qu'une vitesse (On distingue :) négative, qui n'était auparavant qu'une singularité (D'une manière générale, le mot singularité décrit le caractère singulier de quelque chose ou de quelqu'un. En particulier, le terme est employé dans les...) mathématique théorique, pouvait exister effectivement dans le monde (Le mot monde peut désigner :) réel.


Robert Boyd et son matériel expérimental

"C'est un phénomène très étrange", explique Boyd. "Nous envoyons une impulsion dans une fibre optique (Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété de conduire la lumière et sert dans les transmissions terrestres et...), et avant même que le pic de cette impulsion ne soit entré dans la fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.), il en sort par l'autre extrémité. Lors des expériences nous avons pu voir l'impulsion à l'intérieur de la fibre se déplacer réellement vers l'arrière, et faire la jonction (La Jonction est un quartier de la ville de Genève (Suisse), son nom familier est "la Jonquille") entre les impulsions d'entrée et de sortie".

Cet étrange comportement semble violer le principe d'Einstein suivant lequel rien ne peut se déplacer plus rapidement que la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour « célérité », la lumière se manifestant macroscopiquement comme un...). Cependant il n'en est rien. "Selon Einstein, aucune information ne peut se déplacer plus rapidement que la lumière, et dans ce cas-ci, comme avec toutes les expériences à lumière-rapide, aucune information ne se déplace réellement plus rapidement que la lumière", explique Boyd. "L'impulsion lumineuse a la forme d'une bosse avec un sommet et deux pentes abruptes de part et d'autre. La pente avant (le front montant) transporte toute l'information de l'impulsion et pénètre en premier dans la fibre. Avant même que le sommet (le pic) n'entre dans la fibre, le front montant commence déjà à en sortir. A partir de l'information contenue dans ce front, la fibre 'reconstruit' l'impulsion à l'extrémité de sortie, en envoie une version hors de la fibre, et une autre vers l'arrière en direction de l'entrée de la fibre". (Voir les animations ci-après).

Boyd travaille maintenant sur des expériences à base d'impulsion dépourvue de front montant. La théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance...) prédit dans ce cas que les phénomènes plus-rapides-que-la-lumière et de lumière-à-reculons doivent totalement disparaître.

Comment la lumière se déplace-t-elle à reculons ?

L'expérience de Boyd et de son équipe consiste à envoyer un flash laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light amplification by...) dans une fibre optique enrichie à l'erbium. Lorsque l'impulsion quitte le laser, elle est scindée en deux faisceaux. Une impulsion entre dans la fibre et la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de...) se déplace le long, sans interférence (En mécanique ondulatoire, on parle d'interférences lorsque deux ondes de même type se rencontrent et interagissent l'une avec l'autre. Ce...), et cette dernière est considérée comme l'impulsion de référence. Le pic de l'impulsion émerge alors à l'autre extrémité de la fibre avant que le pic initial n'y pénètre, et ceci bien avant que le pic de l'impulsion de référence ne parvienne au même endroit.

Mais pour démontrer que l'impulsion se déplace réellement vers l'arrière dans la fibre, les chercheurs ont dû découper la fibre tous les quelques centimètres et remesurer les pics d'impulsion lorsqu'ils quittent la section de fibre. En réarrangeant les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) et en rejouant le film dans le bon sens, Boyd a pu décrire, pour la première fois, une impulsion de lumière se déplaçant vers l'arrière dans la fibre.

Pour comprendre comment la vitesse de la lumière peut être manipulée, on peut penser aux glaces déformantes grossissantes des fêtes foraines. Lorsqu'on passe devant le miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche...), au début tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) semble normal, mais dès que l'on passe devant la partie incurvée au centre, l'image réfléchie semble s'étirer, et son bord le plus éloigné semble sauter en avant du marcheur (la référence) pendant un moment. De la même manière, une impulsion lumineuse traversant certains matériaux se déplace à vitesse normale jusqu'à ce qu'elle entre en contact avec une substance particulière, où elle est alors étirée vers l'extrémité du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de...) (voir la figure et l'animation (L'animation consiste à donner l'illusion du mouvement à l'aide d'une suite d'images. Ces images peuvent être dessinées, peintes, photographiées, numériques, etc.) ci-dessous).


Accélérer l'impulsion lumineuse
(Cliquer sur l'image pour visualiser l'animation)

Réciproquement, si le miroir déformant est du type rétrécissant, l'image du promeneur semble soudain s'écraser, et son bord le plus avancé semble ralentir lorsque la partie incurvée est atteinte. De même, une pulsation lumineuse peut être amenée à se contracter et à ralentir à l'intérieur d'un matériau, et atteindre l'extrémité beaucoup plus tard que naturellement (voir la figure et l'animation ci-dessous).


Ralentir l'impulsion lumineuse
(Cliquer sur l'image pour visualiser l'animation)

Pour visualiser le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement le sens En architecture navale, le...) à reculons de la pulsation lumineuse de Boyd, il faut remplacer le miroir par un écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées ou restituées par l'ordinateur, sous forme de texte et d'images en deux...) grand format relié à une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la vidéo.) vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un support adapté à l'électronique et non de...). Comme nous avons tous pu le constater dans un magasin d'appareils électroniques, lorsque nous nous déplaçons devant la caméra, notre image apparaît d'abord du côté le plus éloigné du récepteur TV. L'image se déplace ensuite dans notre direction, nous croise au milieu, et continue de se déplacer dans le sens opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à ajouté à n donne zéro. En botanique, les organes d'une plante sont dits opposés lorsqu'ils sont insérés au même...) jusqu'à ce qu'elle quitte l'écran par le coté par lequel nous sommes entré en scène.

Une impulsion lumineuse à vitesse négative se comporte plus ou moins de la même façon. Lorsque l'impulsion pénètre dans le matériau, une deuxième impulsion apparaît à l'autre l'extrémité de la fibre et se déplace vers l'arrière. Depuis cette extrémité, de plus, une impulsion se propage également vers l'avant en dehors de la fibre. Ainsi, l'impulsion qui entre dans la fibre apparaît presque immédiatement à la sortie, et se déplace donc apparemment plus rapidement que la vitesse de la lumière normale. Pour utiliser l'analogie de l'écran de télévision (La télévision est la transmission, par câble ou par ondes radioélectriques, d'images ou de scènes animées et généralement sonorisées qui sont reproduites sur un poste récepteur appelé téléviseur (ou, par abus de...), cela se passe comme si, en plus de voir notre image venir vers nous depuis le coté opposé de l'écran, nous voyions un clone de cette image sortir de l'écran de ce même coté, se déplaçant dans le même sens que nous, en nous devançant de quelques pas (voir la figure et l'animation ci-dessous).


Accélérer l'impulsion lumineuse et la déplacer à reculons
(Cliquer sur l'image pour visualiser l'animation)

"Je reconnais que tout cela semble bien étrange", conclut Boyd, "et pourtant c'est ainsi que le monde fonctionne".

Commentez et débattez de cette actualité sur notre forum Techno-Science.net. Vous pouvez également partager cette actualité sur Facebook, Twitter et les autres réseaux sociaux.
Icone partage sur Facebook Icone partage sur Twitter Partager sur Messenger Icone partage sur Delicious Icone partage sur Myspace Flux RSS
Source et illustrations: Université de Rochester / Robert Boyd
 
Page générée en 0.321 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - Informations légales