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Ondes lumineuses à l’arrêt : des physiciens viennent de prouver que c’est théoriquement possible

Julien Claudet 1 février 2018

L’une des règles les plus connues de la physique, est que la lumière ne peut aller qu’à une seule vitesse, tant que le milieu qu’elle traverse reste le même. Mais de nouvelles recherches ont permis de découvrir qu’il pourrait y avoir une exception intéressante à cette règle, où le mélange d’ondes lumineuses pourrait permettre de les « arrêter » complètement. Cela pourrait s’avérer utile dans le domaine des technologies qui reposent sur l’envoi et le stockage d’informations à l’aide de la lumière.
En soit, ralentir le voyage de la lumière au sein d’un espace délimité n’est pas si difficile. Il suffit de placer tout un tas de particules sur son chemin, et les photons prendront plus de temps à avancer à travers un milieu. Si les particules en question sont assez refroidies, afin qu’elles perdent leur identité individuelle, alors la lumière peut être ralentie, voire même complètement arrêtée lorsqu’elle traverse ce nuage de particules.

Récemment, il a été démontré que la trajectoire de la lumière pouvait être affectée en modifiant son moment angulaire, de sorte que sa vitesse diffère des 299’792’458 mètres par seconde usuels. La lumière prend dans ce cas plus de temps pour aller d’un point A à un point B.

Un petit groupe de physiciens de l’Institut israélien de technologie et de l’Institut de mathématiques pures et appliquées (IMPA) au Brésil, ont à présent mis au point une autre méthode, démontrant qu’il est théoriquement possible de tisser les ondes de lumière, de telle sorte à ce qu’elles s’arrêtent complètement.

L’astuce consiste à accorder les ondes lumineuses d’une certaine manière, pour qu’elles se rencontrent à ce qu’on appelle un point exceptionnel – une combinaison de propriétés qui décrit comment les caractéristiques des différentes ondes se correspondent, à un point (de coordonnées) précis. Ces points exceptionnels n’étaient guère plus que des concepts mathématiques, jusqu’à récemment, lorsque des chercheurs ont démontré expérimentalement qu’ils pouvaient être créés en confinant des micro-ondes dans une grille étroite.


Lorsque nous parlons d’ondes lumineuses, la plupart d’entre nous imaginent des ondulations de hauteur et de longueur variable. La lumière est bien entendu définie par des éléments tels que la longueur d’onde et la fréquence, mais elle possède également de nombreuses autres propriétés qui forment des motifs répétés lorsque les photons traversent l’espace.



Ces modèles peuvent être modifiés en limitant leurs propriétés, à l’aide de ce que l’on appelle des guides d’ondes (qui permettent également de les maintenir confinées, dans un milieu particulier et sur une certaine distance), de sorte que deux ondes lumineuses peuvent s’unir au sein du même espace. Cette combinaison de propriétés, décrite comme un point exceptionnel, donne lieu à des comportements intéressants. L’année dernière, des chercheurs ont appliqué ces points lors du développement de capteurs capables de répondre aux plus petites perturbations.

Mais à présent, les physiciens ont démontré en utilisant des modèles mathématiques, qu’il est possible d’utiliser une sorte de guide d’ondes qui équilibre l’énergie de l’onde, pour produire un point exceptionnel où la lumière est immobile. En configurant l’installation de sorte que les ondes puissent gagner ou perdre de l’énergie, les ondes lumineuses peuvent alors être amenées à s’unir et à se bloquer, ou à accélérer et reprendre leur voyage initial.

Si nous voulions être particulièrement pédants, nous ne devrions pas l’imaginer comme des photons qui attendent une sorte de signal de départ. Aucune loi fondamentale n’est brisée. Tout comme la lumière qui traverse un milieu, déviée ou non, reste techniquement mobile à la vitesse de la lumière, les photons de ces ondes sont pris dans un tourbillon électromagnétique figuratif, basé sur leurs interactions au point exceptionnel.

Pour l’instant, cette découverte n’est encore qu’au stade de modèle théorique. En effet, un tel dispositif « d’arrêt de la lumière » n’a pas encore été construit. Mais s’il est créé un jour, alors cela donnerait accès à une toute nouvelle manière de manipuler les ondes de lumière.

Les chercheurs suggèrent également que les mêmes concepts s’appliquent techniquement à tout type d’onde, y compris le son. Comme les photons deviennent rapidement les « nouveaux électrons » dans le domaine de la technologie de l’information, il est crucial pour les chercheurs d’en découvrir davantage sur les propriétés étonnantes de ces petites particules si rapides.

Source : Physical Review Letters