Comment dompter la lumière
Publié par Redbran le 11/05/2016 à 12:00
Source: CORDIS-Europa

Illustration: projet SLICA
La physique considère que la vitesse de la lumière est la plus élevée possible dans tout l'Univers. Albert Einstein a émis l'hypothèse que la lumière ne peut aller plus vite que 300 millions de mètres par 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...), mais il n'a jamais supposé qu'elle ne puisse pas aller moins vite.

Des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) transparents comme l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) ou le verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium...) la ralentissent légèrement. Ceci a pour conséquence de la dévier, et donc de la focaliser avec des lentilles, ou d'en étaler le spectre avec des prismes. Les chercheurs du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de...) SLICA (Stationary light in cold atoms), financé par l'UE, ont utilisé un effet quelque peu associé mais bien plus puissant, dans un milieu constitué d'atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) froids, pour ralentir 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)...) et finalement l'arrêter.

La transparence (Un matériau ou un objet est qualifié de transparent lorsqu'il se laisse traverser par la lumière. Cette notion dépend de la longueur d'onde de la lumière : ainsi, le verre est...) électromagnétique induite (TEI) permet de rendre transparent à une certaine gamme de fréquences un 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 base sélectionnée en raison...) normalement opaque pour la lumière. Avec des faisceaux 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...) de décélération et la TEI, les chercheurs de SLICA ont obtenu un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la...) puissant pour contrôler optiquement la propagation de la lumière.

Cette technique a permis de ralentir la lumière et de créer des impulsions stationnaires, dans un milieu constitué d'atomes froids. Au contraire de la "lumière stockée" où il n'y a pas vraiment de lumière pendant le stockage, ces impulsions stationnaires sont réellement constituées de lumière immobile. La première démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées à partir de propositions initiales, en s'appuyant sur un ensemble...) expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan culturel et politique. En science, il s'agit d'approches de...) de telles impulsions a été obtenue il y a plus de 10 ans dans un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz...) chaud d'atomes de rubidium.

Cependant, la génération d'impulsions stationnaires dans un milieu froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) n'a pas été une mince affaire. De fait, les cohérences des atomes à haute fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans...) peuvent contrarier la transmission de la lumière, un effet qui est naturellement éliminé dans les milieux chauds. Les chercheurs ont montré que cet effet peut être considérablement limité dans un milieu d'atomes froids, en réduisant la largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit la mesure la plus étroite de sa face. En géométrie plane, la largeur est la plus petite des...) de la fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan incliné de toiture, avec ou sans vitres.) de transparence de la TEI, en dessous du décalage Doppler typique.

Les scientifiques de SLICA ont aussi réussi pour la première fois à insérer des atomes froids dans une fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) creuse, posant les bases d'une optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) non linéaire à l'échelle de quelques photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent,...), avec des impulsions stationnaires. Un tel système confine étroitement les photons et les atomes sur des distances macroscopiques, conduisant à un fort couplage entre la lumière et la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...), et impliquant des non-linéarités optiques.

Outre l'intérêt des impulsions de lumière stationnaires pour la recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des travaux. On oppose en général la recherche...), l'équipe du projet s'est aussi intéressée à leurs applications pratiques. Parmi elles, citons le traitement et le stockage tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) optique des informations dans un ordinateur quantique (Un ordinateur quantique (ou rarement calculateur quantique) repose sur des propriétés quantiques de la matière : superposition et intrication d'états quantiques. De petits ordinateurs quantiques ont déjà été...), et les communications par 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 océaniques de données. Elle offre un...).

Le projet SLICA a repoussé les limites de la manipulation de la propagation de la lumière via TEI, et apporté un élément qui manquait dans le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de l'information transportée par la lumière.

Pour plus d'information voir:
- SLICA Report Summary
- http://www.iap.tu-darmstadt.de/nlq/SLICA
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