18/08/2011 - Porter à la lumière au-delà de la vitesse de la lumière

Menéame

La vitesse de distorsion est encore hors de portée des engins spatiaux, mais deux nouvelles expériences ont conduit à un pouls de lumière au-delà de la limite de vitesse de 300 000 kilomètres par seconde fixée par la Théorie de la Relativité Spéciale d’Einstein. Bien que les physiciens aient déjà accompli des exploits similaires, deux équipes signalent maintenant des formes de perte de lumière de sorte que la plupart de celle-ci semble briser la limite de vitesse universelle. Ne vous inquiétez pas, les expériences ne violent pas vraiment la relativité. Mais les techniques pourraient, en principe, accélérer légèrement les communications optiques.

C’est ainsi que l’on fait pour qu’un pouls de lumière semble voyager plus vite que la vitesse de la lumière. On peut penser à l’impulsion comme un type d’onde vague de rayonnement électromagnétique qui voyage dans l’espace à toute vitesse, donc si vous faites un graphique de l’intensité du pouls, il commencerait à zéro, augmenterait doucement jusqu'à un pic, puis descendrait à nouveau à zéro. Mais un tel pic ne peut pas être considéré comme un ensemble d’ondes avec une plage longueurs d’onde oscillant tout en haut et en bas empilés les unes sur les autres. Au centre du pouls, les différentes ondes s’alignent et se renforcent mutuellement. Au contraire, près des extrémités avant et arrière du pouls, les différentes ondes sont désynchronisées et annulées entre elles.

Maintenant, supposez que vous faites passer le pouls de lumière à travers un matériau spécial qui freine certaines longueurs d’onde plus que d’autres. Cela peut changer la façon dont les ondes s’alignent et, ironiquement, déplacer en avant le point où différentes vagues se renforcent entre elles, rendant le pic plus rapide que la lumière. Le bec peut même sembler se produire de l’arrière du matériau avant d’entrer par l’avant. Rien de tout cela ne viole la relativité, cependant, étant donné qu’il faudrait des ondes individuelles à une vitesse plus grande que celle de la lumière. Plus généralement, les physiciens interprètent maintenant que la relativité indique que l’information ne peut pas être transmise plus rapidement que la lumière. Et c’est la vitesse fixe du premier chevauchement d’onde de lumière, pas la position exacte du pic du pouls, ce qui détermine le taux final de flux d’informations.

Vitaliy Lomakin de l’Université de Californie à San Diego, et ses collègues de l’université publique de Navarre à Pampelune, Espagne, ont mis cette idée en pratique en envoyant un micro-ondes sur une feuille de cuivre trouée de 35 'de épaisseur entre deux disques de Teflón de 0,79 millimètres. À la suite de cette conception, le pic d’un pouls micro-ondes peut apparaître à l’autre extrémité du dispositif avant même d’entrer dans le sandwich métallique.

Mais le méthane ne laisse pas passer naturellement beaucoup de lumière. C’est là que le Teflon entre en jeu. Les deux couches maintiennent la luminosité et la direction des ondes tandis que le motif de trous de métal accumule le signal dans ces puissantes vagues. Tandis que des expériences précédentes auraient observé moins de 1% du pouls de lumière en brisant la limite de vitesse cosmique, l’interaction entre le métal et le Téflon a permis à l’équipe d’envoyer environ 100 picsecondes avant, une avancée qui de décrire bientôt dans Physical Review B. "Cela a été réalisé avec une structure remarquablement fine qui peut être facilement fabriquée sur un large spectre, des micro-ondes à la lumière visible," dit Lomakin.

Li Zhan et ses collègues de l’Université Shanghai Jiao Tong de Chine disent qu’ils pourraient créer un pouls qui arrive même plus tôt avec des fibres optiques, qui sont déjà utilisées pour la communication de données à grande vitesse. Cette équipe a envoyé un signal de lumière infrarouge au sens horaire à travers une boucle de fibre optique et l’a mesurée sur deux capteurs, l’un près du point où la lumière est entrée dans la fibre et l’autre 10 mètres plus tard. Normalement, le signal passant par la fibre de silicium serait affiché sur le premier capteur et atteindrait le deuxième 48,6 nanosecondes plus tard. Cependant, Zhan et ses collègues sont parvenus à accélérer le signal si vite qu’ils ont atteint le deuxième capteur 221 nanosecondes avant d’atteindre le premier.

Dans cette expérience, la fibre optique elle-même jouait un rôle similaire à celui de la plaque trouée. Pour accélérer le signal de lumière, une seconde vague de lumière a été lancée dans le sens anti-horaire par la fibre optique. La présence de lumière supplémentaire a changé la vitesse à laquelle les ondes lumineuses de longueur d’onde différente ont été déplacées pour modifier l’alignement des ondes. Normalement, cette seconde onde absorbe tellement de lumière du signal qu’elle pousse le pic 1 nanoseconde en avant et réduit l’intensité du pic de 20%. Au contraire, les chercheurs ont réussi à faire avancer la lumière 211,3 nanosecondes avant de perdre autant de lumière, selon un article imprimé dans Physical Review Letters.

Bien que l’information ne puisse pas réellement voyager plus rapidement que la vitesse de la lumière, Zhan défend que les communications pourraient réaliser de petits gains dans la vitesse à laquelle les signaux sont détectés. Les récepteurs dans les systèmes de communication optique réagissent également au pic d’un pouls, et non à son extrémité initiale. Pousser le pouls plus près de l’extrémité pourrait économiser à peine quelques centaines de nanosecondes, mais Zhan dit qu’un jour il pourrait faire une différence dans le monde révolutionné du marché des valeurs à grande vitesse.

Auteur: Kate McAlpine

Date Original: 11 août 2011

Source Original: http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/08/pushing-light-beyond-light-speed.html

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