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Une percée scientifique remarquable vient d’être réalisée dans le domaine de la propagation du son, remettant en question la croyance bien établie selon laquelle le son ne peut pas se propager dans le vide. Deux physiciens visionnaires, Zhuoran Geng et Ilari Maasilta, de l’université de Jyväskylä en Finlande, ont démontré comment le son peut effectivement voyager à travers un espace vide.
Les fondements de l’effet tunnel acoustique
L’effet tunnel acoustique trouve désormais une validation expérimentale grâce aux travaux novateurs de Geng et Maasilta. Pour comprendre comment le son peut traverser le vide, il est essentiel de saisir les mécanismes sous-jacents.
Le son est une manifestation de vibrations qui se propagent en faisant vibrer les atomes et les molécules du milieu environnant. Cette vibration se propage à travers des particules adjacentes et est perçue comme du son par notre système auditif. Cependant, dans un vide parfait, où il n’y a pas de particules pour propager ces vibrations, le son a été longtemps considéré comme incapable de se propager. C’est là qu’intervient le concept de l’effet tunnel acoustique.
Ce phénomène, connu depuis les années 1960, n’avait jamais été étudié de façon rigoureuse. Les chercheurs finlandais ont développé une méthode formelle pour l’analyser et l’appliquer.
Le son se transforme en électricité
Pour réaliser cet exploit, les physiciens Zhuoran Geng et Ilari Maasilta ont utilisé des matériaux piézoélectriques, qui sont capables de transformer les vibrations en électricité et vice versa. Ces matériaux peuvent convertir une pression mécanique en un champ électrique, et inversement. Ainsi, si on applique une force sur un cristal piézoélectrique, il va produire un courant électrique. Et si on lui applique un courant électrique, il va se déformer.
Les chercheurs ont placé deux cristaux piézoélectriques en oxyde de zinc à une distance inférieure à la longueur d’onde du son émis. Le premier cristal a transformé le son en un champ électrique, qui a pu exister dans le vide. Le second cristal a transformé le champ électrique en son.
Ce mécanisme astucieux permet au son de « tunneliser » à travers le vide entre les deux cristaux, contournant ainsi la limitation apparente du vide absolu. Geng et Maasilta ont donc réussi à faire voyager le son d’un objet à l’autre grâce à une série de conversions d’énergie.
Un phénomène analogue à l’effet tunnel quantique
Les résultats révolutionnaires de cette étude ne se limitent pas à la seule compréhension du son dans le vide. En effet, le phénomène de l’effet tunnel acoustique partage des similitudes conceptuelles avec l’effet tunnel quantique, qui permet à une particule de franchir une barrière potentiellement infranchissable. Les chercheurs espèrent que leur découverte pourra aider à mieux comprendre la nature du son et du vide, ainsi qu’à explorer les possibilités de l’information quantique.
L’effet est généralement négligeable, mais M. Maasilta précise : « Nous avons également trouvé des cas où l’énergie totale de l’onde traverse le vide avec une efficacité de 100 %, sans aucune réflexion. »
Le tunnel acoustique pourrait aussi avoir des applications pratiques dans les domaines de l’électronique et de la thermique. Par exemple, il pourrait permettre de contrôler la chaleur dans les composants microélectroniques (MEMS), qui sont utilisés dans les smartphones et d’autres appareils. Il pourrait aussi permettre de transmettre des signaux sonores sans perte ni interférence.
Leur découverte, publiée dans la revue Communications Physics, pourrait donc avoir des applications dans divers domaines.