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Pour la première fois, la célèbre expérience ayant démontré que la lumière était à la fois une onde et une particule à été réalisée en utilisant des fentes « temporelles ».
Fentes de Young « 2.0 »
Réalisée pour la première fois par Thomas Young en 1801, l’expérience des doubles fentes consiste à projeter un faisceau de lumière sur une plaque ou une carte comportant deux petites entailles. Lorsque les ondes lumineuses passent à travers, elles interfèrent l’une avec l’autre, créant un motif de bandes claires et sombres sur un écran placé en face des ouvertures. Ne pouvant se produire avec une source uniquement composée de particules, un tel phénomène a constitué l’une des premières preuves que la lumière était également une onde.
Alors que l’expérience originale impliquait deux fentes séparées dans l’espace, Riccardo Sapienza, de l’Imperial College de Londres, et ses collègues en ont réalisé une variante où les obstacles à la propagation de la lumière étaient séparés dans le temps. Pour créer ces « fentes temporelles », l’équipe s’est tournée vers l’oxyde d’indium-étain, matériau transparent présentant la particularité de refléchir la majorité de la lumière l’atteignant lorsqu’il est frappé par un puissant faisceau laser.
Détaillé dans la revue Nature Physics, le protocole expérimental a impliqué un faisceau « sonde » pointé sur le matériau, ainsi que deux puissantes impulsions laser consécutives pour rendre ce dernier réfléchissant. Si la lumière du faisceau sonde traversait initialement l’oxyde d’indium-étain, les chercheurs ont constaté que celle-ci rebondissait lorsqu’une impulsion laser atteignait le matériau.
Les mesures réalisées ont révélé des schémas d’interférence similaires à ceux observés dans la version classique de l’expérience, mais cette fois au niveau de la fréquence de la lumière, qui détermine sa couleur, plutôt qu’au niveau de son intensité.
Une réponse nettement plus rapide que prévu
Si les calculs théoriques le prévoyaient, la fréquence de la lumière a fluctué beaucoup plus que ce à quoi les chercheurs s’attendaient. Le nombre d’oscillations dépendant de la netteté de la transition du matériau de transparent à réfléchissant, il s’est avéré que celle-ci s’opérait dans les quelques femtosecondes (un millionième de milliardième de seconde) suivant l’impulsion.
« La réponse du matériau est 10 à 100 fois plus rapide que prévu, ce qui a été une grande surprise », souligne Sapienza. « Nous espérions observer quelques oscillations, mais nous en avons vu beaucoup. »
Un temps de transition aussi bref suggère qu’une telle approche pourrait être exploitée pour créer des cristaux temporels, matériaux étranges dont les motifs se répètent à la fois dans l’espace et le temps, et également trouver des applications dans le domaine des télécommunications, où la façon dont les signaux sont traités dans le temps se révèle cruciale.
« […] la lumière était également une onde » : il faudrait arrêter de décrire les objets quantiques avec des « à la fois une onde et des corpuscules », ce ne sont ni l’un ni l’autre. Je sais que c’est difficile à exprimer avec les termes de la mécanique classique, mais un effort, diantre, sinon le grand public n’aura toujours pas compris la singularité de la physique quantique au 22ème siècle !