Un bang photonique filmé pour la première fois

Grâce à une caméra ultrarapide, il a été possible d’observer le cône formé par la lumière quand elle se déplace dans un milieu hétérogène.

bang photonique

MUR DU SON. Quand un avion dépasse la vitesse du son les vibrations sonores qu’il émet se superposent à l’avant de l’appareil pour
former une énorme onde de choc. Celle-ci délimite le « cône de Mach » dont la pointe est située devant l’avion et est projeté vers l’arrière. Les observateurs au sol, situés sur le trajet du bord du cône, entendent cette onde de choc : c’est le fameux bang supersonique. Ce phénomène peut aussi être observé avec la lumière. Si rien ne peut dépasser la vitesse de la lumière dans le vide, celle-ci se déplace à des vitesses différentes (et inférieures à 300 000 km/s) selon les milieux qu’elle traverse (verre, air, eau…). En jouant sur cette propriété, les chercheurs de l’Université de Washington à Saint-Louis ont fabriqué une sorte de tunnel rempli de vapeur de glace carbonique et dont les parois sont formées par des plaques de silicone et d’oxyde d’aluminium. Ils ont ensuite tiré des impulsions laser dans le dispositif et comme la lumière circule plus vite dans le tunnel que dans les parois, il en a résulté la formation de cônes photoniques similaires aux cônes de Mach pour le son.

La formation du cône photonique. Crédit : Jinyang Liang and Lihong V. Wang

Leur dispositif est très ingénieux mais la véritable avancée qui est décrite dans un article publié par la revue Science Advances et qu’ils ont pour la première réussi à filmer la formation d’un de ces cônes. Pour ce faire, les scientifiques se sont servis d’une caméra ultrarapide capable de saisir 100 milliards d’images par seconde ! L’engin est développé et perfectionné depuis plus de cinq ans dans les laboratoires de l’Université par cette équipe en collaboration avec des membres du Dartmouth College. Il existe d’autres appareils capables de prendre des clichés à très haute fréquence mais, pour capturer un évènement, il est nécessaire de multiplier les prises de vue. Ce n’est pas le cas ici puisque la caméra utilisée peut saisir un évènement en un seul « instantané ». Un attribut particulièrement intéressant pour enregistrer des phénomènes non reproductibles comme la diffusion aléatoire des photons qui forment le cône de Mach ou encore de l’influx nerveux dans le cerveau. L’un des buts des chercheurs est en effet de pouvoir adapter leur système pour l’étude des phénomènes biologiques et notamment des réseaux de neurones.

Source : sciencesetavenir.fr