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Comment dompter la lumière

La physique considère que la vitesse de la lumière est la plus élevée possible dans tout l'Univers. Albert Einstein a émis l'hypothèse que la lumière ne peut aller plus vite que 300 millions de mètres par seconde, mais il n'a jamais supposé qu'elle ne puisse pas aller moins vite.
Comment dompter la lumière
Des matériaux transparents comme l'eau ou le verre la ralentissent légèrement. Ceci a pour conséquence de la dévier, et donc de la focaliser avec des lentilles, ou d'en étaler le spectre avec des prismes. Les chercheurs du projet SLICA (Stationary light in cold atoms), financé par l'UE, ont utilisé un effet quelque peu associé mais bien plus puissant, dans un milieu constitué d'atomes froids, pour ralentir la lumière et finalement l'arrêter.

La transparence électromagnétique induite (TEI) permet de rendre transparent à une certaine gamme de fréquences un matériau normalement opaque pour la lumière. Avec des faisceaux laser de décélération et la TEI, les chercheurs de SLICA ont obtenu un outil puissant pour contrôler optiquement la propagation de la lumière.

Cette technique a permis de ralentir la lumière et de créer des impulsions stationnaires, dans un milieu constitué d'atomes froids. Au contraire de la «lumière stockée» où il n'y a pas vraiment de lumière pendant le stockage, ces impulsions stationnaires sont réellement constituées de lumière immobile. La première démonstration expérimentale de telles impulsions a été obtenue il y a plus de 10 ans dans un gaz chaud d'atomes de rubidium.

Cependant, la génération d'impulsions stationnaires dans un milieu froid n'a pas été une mince affaire. De fait, les cohérences des atomes à haute fréquence peuvent contrarier la transmission de la lumière, un effet qui est naturellement éliminé dans les milieux chauds. Les chercheurs ont montré que cet effet peut être considérablement limité dans un milieu d'atomes froids, en réduisant la largeur de la fenêtre de transparence de la TEI, en dessous du décalage Doppler typique.

Les scientifiques de SLICA ont aussi réussi pour la première fois à insérer des atomes froids dans une fibre creuse, posant les bases d'une optique non linéaire à l'échelle de quelques photons, avec des impulsions stationnaires. Un tel système confine étroitement les photons et les atomes sur des distances macroscopiques, conduisant à un fort couplage entre la lumière et la matière, et impliquant des non-linéarités optiques.

Outre l'intérêt des impulsions de lumière stationnaires pour la recherche fondamentale, l'équipe du projet s'est aussi intéressée à leurs applications pratiques. Parmi elles, citons le traitement et le stockage tout optique des informations dans un ordinateur quantique, et les communications par fibre optique.

Le projet SLICA a repoussé les limites de la manipulation de la propagation de la lumière via TEI, et apporté un élément qui manquait dans le contrôle de l'information transportée par la lumière.

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Mots-clés

SLICA, lumière stationnaire, atomes froids, transparence électromagnétique induite, faisceaux laser