Des scientifiques ont observé la lumière dans un ‘temps imaginaire’ : qu’est-ce que cela veut dire ?

Pour bien comprendre, il faut d’abord savoir une chose : la lumière ne va pas toujours à la même vitesse. Quand vous faites passer de la lumière à travers un matériau transparent, comme du verre ou de l’eau, le réseau complexe de champs électromagnétiques qui compose la matière ralentit un peu chaque particule de lumière, qu’on appelle photon. Ce ralentissement est très utile pour les physiciens. En le mesurant, ils peuvent en apprendre beaucoup sur la structure du matériau que la lumière traverse. C’est un peu comme juger de la densité d’une foule en voyant à quelle vitesse une personne arrive à la traverser.

Jusqu’à aujourd’hui, pour calculer ce retard de la lumière, les théoriciens utilisaient une astuce mathématique : le temps imaginaire. C’était un peu un joker, un outil pratique sur le papier pour résoudre des équations complexes, mais personne ne savait vraiment ce que cela représentait dans le monde réel. On s’en servait sans comprendre la mécanique physique derrière. C’était un concept abstrait, une sorte de fantôme dans les calculs. Mais ça, c’était avant.

Une expérience menée par deux physiciens de l’Université du Maryland, Isabella Giovannelli et Steven Anlage, a enfin levé le voile. Ils ont utilisé un montage assez simple : deux câbles coaxiaux (un peu comme vos anciens câbles de télévision) branchés en cercle. Dans ce circuit, ils ont envoyé des impulsions de micro-ondes, qui sont une forme de lumière invisible à nos yeux. Grâce à des appareils de mesure ultra-perfectionnés, des oscilloscopes de pointe, ils ont pu observer avec une précision incroyable ce qui arrivait à ces impulsions lumineuses.

Pour faire simple, les nombres imaginaires sont des outils mathématiques un peu étranges. Vous vous souvenez peut-être des cours de maths où l’on disait qu’on ne peut pas faire la racine carrée d’un nombre négatif ? Eh bien, les nombres imaginaires permettent de le faire. Ils sont pratiques, mais semblaient n’avoir aucun équivalent dans notre quotidien. Dans le cas de la lumière, ces nombres aidaient à calculer les retards, mais leur rôle physique restait un grand mystère. Cette expérience a justement montré comment ces nombres décrivent un phénomène bien réel et mesurable.

C’est ici que ça devient fascinant. Une particule de lumière seule, un photon, a une vitesse constante. Mais quand on envoie une impulsion, c’est-à-dire un groupe de vagues de lumière, des choses étranges se passent. L’impulsion entière peut être retardée, mais elle peut aussi… être accélérée. Tellement accélérée qu’elle peut sembler se déplacer plus vite que les photons qui la composent ! C’est contre-intuitif, je sais. C’est justement ce phénomène paradoxal que le ‘temps imaginaire’ permet de décrire. Il s’agit du comportement du groupe, et non de l’individu.

Alors, qu’est-ce que ce fameux ‘temps imaginaire’ ? Ce n’est pas une dimension parallèle ou un rêve de la lumière. Non, la découverte de Giovannelli et Anlage est bien plus concrète. Ils ont prouvé que ce chiffre imaginaire dans les équations correspondait à un minuscule changement dans la fréquence de l’onde lumineuse lorsqu’elle était absorbée puis retransmise par le matériau. C’est un effet physique bien réel ! Ce qui était ignoré comme une simple bizarrerie mathématique a maintenant une explication physique claire et nette. Comme le dit Steven Anlage, c’est un peu comme si on avait ‘donné un sens physique’ à une donnée que tout le monde ignorait.

Cette recherche, qui va être publiée dans la prestigieuse revue Physical Review Letters, est une avancée fondamentale. Elle ne va pas changer notre vie demain, mais elle réconcilie la théorie et la pratique. Ce qui n’était qu’une ligne abstraite dans une équation a maintenant un visage, un comportement observable. C’est une porte qui s’ouvre sur une meilleure compréhension de la manière dont la lumière interagit avec la matière, ce qui pourrait, à terme, avoir des applications dans les télécommunications ou l’informatique. Imaginez un peu.

Selon la source : journals.aps.org