Cet étrange cristal photonique courbe la lumière comme un trou noir

À l’aide d’un cristal photonique déformé, des chercheurs japonais sont parvenus à courber un faisceau de lumière de la même manière qu’un trou noir. Connu sous le nom de « pseudogravité », ce phénomène pourrait être exploité par les systèmes optiques.

Pseudo-gravité

La théorie de la relativité générale d’Einstein stipule que la lumière est affectée par le tissu de l’espace-temps, lui-même déformé par la gravité. Ce qui implique que les objets de masse extrême, comme les trous noirs ou les galaxies entières, puissent la courber, produisant un effet grossissant précieux pour les astronomes connu sous le nom de « lentille gravitationnelle ».

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Il avait été précédemment prédit qu’un tel effet pourrait être reproduit avec des cristaux photoniques, structures périodiques constituées de différents types de matériaux, utilisés pour contrôler la lumière dans les systèmes et expériences optiques. Selon les chercheurs, ceux-ci dévieraient les ondes lumineuses d’une manière similaire aux lentilles gravitationnelles, constituant une forme de « pseudo-gravité ».

Dans le cadre de travaux récemment publiés dans la revue Physical Review A, une équipe japonaise a entrepris de le vérifier en utilisant un cristal photonique à base de silicium. Pour ce faire, les chercheurs ont modifié sa structure cristalline, initialement homogène à l’échelle micrométrique, de façon à ce qu’elle se déforme progressivement sur toute sa surface. Un laser émettant des ondes lumineuses dans la gamme des térahertz a ensuite été braqué sur le cristal.

Le dispositif expérimental comportait deux sorties du côté opposé au laser, disposées de manière que l’une se trouve au-dessus et l’autre au-dessous de l’entrée. Si la pseudo-gravité n’était pas en jeu, le laser aurait suivi une trajectoire rectiligne et n’aurait emprunté aucune des sorties, mais dans le cristal déformé, les ondes lumineuses ont été courbées avec succès vers la sortie inférieure.

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« Une telle orientation du faisceau dans la gamme des térahertz pourrait être exploitée dans les communications 6G »

Selon l’équipe, cette approche pourrait s’avérer très utile pour manipuler la lumière dans les systèmes optiques et d’autres dispositifs, et également contribuer à l’étude de phénomènes physiques connexes.

« Une telle orientation du faisceau dans la gamme des térahertz pourrait être exploitée dans les communications 6G », estime Masayuki Fujita, co-auteur de l’étude. « D’un point de vue académique, les résultats montrent que les cristaux photoniques peuvent exploiter les effets gravitationnels, ouvrant ainsi de nouvelles voies dans le domaine de la physique des gravitons [particules élémentaires hypothétiques qui transmettraient la gravité]. »