Le Cygne noir 2017-2018

Le Cygne noir 2017-2018

Journal des élèves de l'IPSA Paris

Réduire la vitesse de la lumière : une grande avancée pour des projets futurs

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La lumière.

La lumière, composée de photons, est restée très longtemps un mystère. En effet, par ses caractéristiques physiques, elle diffère de tout autre phénomène : c’est à la fois une onde et une particule (interférence et diffraction). Mais voilà qu’en 1916 Einstein publie sa théorie de la relativité restreinte, dans laquelle apparaît la formule indiquant que la vitesse de la lumière est inatteignable. Dans ce cas, pourquoi ne pas la ralentir ?

Ce phénomène se produit naturellement lors du passage de la lumière dans un milieu tel que l’eau et le verre, alors qu’elle garde sa vitesse de 300 000 km/s à la sortie de ce milieu.

La vitesse de la lumière réduite à 1,5 km/h

En 2000, une physicienne danoise réussit l’impensable : elle abaisse la vitesse de la lumière à 1,5 km/h (soit 0,000416 km/s, 600 millions de fois moins vite qu’à l’ordinaire) ! Pour cela, elle fait passer un faisceau de lumière dans un condensé de Bose-Einstein, groupe d’atomes refroidi à une température atteignant presque le zéro absolu. À une température pareille, les atomes sont pratiquement immobiles. Ils forment alors un super-atome doté de propriétés surnaturelles, dont celle de ralentir la vitesse de la lumière.

C’est grâce au caractère ondulatoire de la lumière que des chercheurs ont pu de nouveau la ralentir en 2015, en utilisant le fait que les ondes soient déformables. En faisant passer un faisceau lumineux dans un masque, on a remarqué que la vitesse des photons était plus faible.

L’expérience consiste à mettre en place deux émetteurs à une certaine distance d’un récepteur. Sur l’un des émetteurs est placé un masque. Ce masque est constitué de cristaux liquides avec un composé chimique qui modifie leur structure, leur donnant une forme d’hélice. S’y trouvent aussi des molécules de colorant permettant de changer ces hélices au contact de la lumière. Au même instant, chaque émetteur envoie un photon. L’expérience a montré que les photons n’arrivaient pas au même moment au récepteur : celui provenant de l’émetteur équipé du masque arrive plus tard que celui provenant de l’émetteur sans masque. Sur 1 mètre, la lumière est ralentie de 20 longueurs d’onde.

Suivant les longueurs d’onde de la lumière et de ses impulsions, les photons sont plus ou moins ralentis. Ils gardent leur nouvelle vitesse même lorsqu’ils ne sont plus dans le masque. Ce système peut même stocker la lumière grâce à sa longue durée de vie.

Un grand exploit pour de nombreux progrès

À défaut de pouvoir atteindre la vitesse de la lumière, on a donc su la ralentir. En passant de 300 000 km/s à 1,5 km/h, les chercheurs ont réalisé un exploit. Une si faible vitesse pourra notamment être utilisée pour concevoir des instruments ultrasensibles pouvant mesurer de très petites vitesses et mouvements (on parle de mesurer des vitesses de l’ordre de 10–12 m/s). Au-delà de la physique fondamentale, c’est tout le monde des technologies futures qui pourra en bénéficier.

Julie Blandin

Pour en savoir plus

Expérience réalisée en 2000
Expérience réalisée en 2015

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