De grands physiciens britanniques ont consacré la célèbre expérience de la double fente, qui a montré comment la lumière se comporte à la fois comme une onde et comme une particule. L'expérience utilise des matériaux qui peuvent être utilisés dans des technologies de pointe ou pour étudier des problèmes de physique fondamentaux, car ils peuvent modifier leurs propriétés optiques en quelques fractions de seconde.
L'expérience à double fente de la Royal Institution de Thomas Young en 1801 a été la première à montrer que la lumière se comportait comme une onde. Cependant, d'autres recherches ont révélé que la lumière présente en fait un comportement à la fois ondulatoire et particulaire et présente un caractère quantique.
La nature binaire des particules et des ondes non seulement de la lumière mais aussi d'autres "particules" telles que les électrons, les neutrons et les atomes entiers ont été démontrées par ces études, qui ont eu un impact significatif sur la physique quantique.
L'expérience a maintenant été réalisée par une équipe dirigée par des physiciens de l'Imperial College de Londres en utilisant des "fentes" dans le temps au lieu de l'espace. Ils ont pu le faire en dirigeant la lumière dans une substance qui ne lui permet de passer rapidement qu'à certains moments, modifiant ses propriétés en quelques femtosecondes.
"Bien que notre expérience permette de mieux comprendre la nature fondamentale de la lumière, elle sert de tremplin pour la création de matériaux finaux capables de contrôler avec précision la lumière dans l'espace et dans le temps", a déclaré le professeur Riccardo Sapienza du Département de physique impériale, le chercheur principal de l'expérience.
La première configuration à double fente nécessitait de faire passer la lumière à travers deux fines fentes parallèles dans un écran opaque. Derrière le rideau se trouvait un détecteur de lumière traversant le rideau.
La lumière se divise en deux ondes qui traversent chacune des fentes pour agir comme des ondes. Lorsque ces ondes se croisent à nouveau du côté opposé, elles "interfèrent" les unes avec les autres. Les crêtes de la vague se renforcent là où elles se rencontrent, tandis que les crêtes et les creux s'annulent. En conséquence, le détecteur développe un motif rayé qui reçoit de plus en moins de lumière.
Le motif d'interférence rayé peut également être créé en divisant la lumière en "particules" appelées photons, qui peuvent être enregistrées en frappant le détecteur un par un. Le motif d'interférence a continué à apparaître comme si le photon s'était divisé en deux et avait traversé les deux fentes, même lorsqu'un seul photon était tiré à la fois.
Le motif d'interférence est enregistré dans le profil angulaire de la lumière dans la version traditionnelle de l'expérience car la lumière des fentes physiques change de direction. Au lieu de cela, les fentes temporelles de la nouvelle expérience changent la fréquence de la lumière, changeant sa tonalité. En conséquence, certaines couleurs ont été améliorées tandis que d'autres couleurs ont été annulées, ce qui a entraîné un motif semblable à une interférence.
Le film mince d'indium-étain-oxyde utilisé dans la plupart des écrans de téléphones portables était le matériau avec lequel l'équipe a choisi de travailler. Les lasers ont modifié la réflectivité du matériau dans des périodes de temps extrêmement rapides, créant des "fentes" pour la lumière. Le matériau a changé sa réflectivité en femtosecondes, beaucoup plus rapidement que prévu par l'équipe.
Cette substance est un métamatériau, ce qui signifie qu'elle a été créée pour avoir ses propres propriétés uniques. L'une des promesses des métamatériaux est un contrôle si précis de la lumière qui, combiné au contrôle spatial, pourrait conduire à de nouvelles technologies et même à des analogues pour étudier des phénomènes physiques fondamentaux tels que les trous noirs.
Selon le co-auteur, le professeur Sir John Pendry, l'expérience des fentes temporelles jumelles "ouvre la porte à une toute nouvelle spectroscopie qui peut résoudre la nature temporelle d'une impulsion lumineuse sur une échelle de période de rayonnement".
Le prochain objectif de l'équipe est d'étudier le phénomène dans les «cristaux de temps», qui ressemblent à des cristaux atomiques mais dont les propriétés optiques changent avec le temps.
Le co-auteur, le professeur Stefan Maier, a noté que l'idée des cristaux de temps "a le potentiel de conduire à des commutateurs optiques ultra-rapides et parallélisés".
Source : phys.org/news
📩 10/04/2023 14:18