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22/01/2001 • 19h05

La lumière prise au piège

Des chercheurs américains ont réussi à ralentir la lumière, jusqu’à la stopper pendant une fraction de seconde, avant de la relâcher...

Deux équipes indépendantes de physiciens américains sont parvenus, pour la première fois, à ralentir la vitesse de particules de lumière (les photons), à les stopper pendant une fraction de seconde, puis à les faire repartir à leur vitesse d’origine, c’est-à-dire environ 300 000 kilomètres par seconde. Deux expériences qui pourraient être très utiles pour la mise au point d’ordinateurs et de systèmes de stockage quantiques.

Un laser comme interrupteur

Ces expériences ont été menées par deux équipes de chercheurs à Cambridge, dans le Massachusetts : l’une du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics dirigée par Ronald Walsworth et Mikhail Lukin, l’autre du Rowland Institute of Science et de l’université d’Harvard dirigée par Lene Vestergaard Hau.

La lumière ralentit lorsqu’elle passe à travers certains matériaux, le verre par exemple. Les chercheurs se sont inspirés de cette propriété pour construire leurs systèmes. Pour arrêter les photons (les particules qui composent la lumière), les chercheurs du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ont utilisé un gaz d’atomes de Rubidium (à environ 80-90 degrés Celsius) dans une bulle en verre. Normalement, les photons de lumière entrants sont absorbés par les atomes, qui les convertissent en chaleur. Les physiciens ont utilisé un laser de contrôle pour éviter que cela se produise. Exposés au laser, les atomes n’absorbent pas les photons, mais ils s’associent avec eux pour former des polaritons, des particules qui ont une masse. Une manière de comprendre le ralentissement de la lumière, consiste à imaginer que les photons, sans masse, se transforment en polaritons, qui en ont une. Subitement lourds, les photons ralentissent.

Pas de détérioration

Les chercheurs stoppent alors progressivement le laser de contrôle. Quand il est éteint, il n’y a plus de photons dans la chambre à vapeur, mais seulement des polaritons qui, selon un processus complexe, se transforment en atomes de Rubidium. Mais des atomes avec un spin (une caractéristique quantique de l’atome) particulier. La lumière est ainsi stoppée, et "enregistrée" dans les atomes sous forme de spin. Pour libérer la lumière, il suffit de déclencher à nouveau le laser de contrôle… Les physiciens assurent que la conversion est parfaite : la lumière est exactement la même qu’à l’origine.

L’article relatif a cette expérience doit paraître dans Physical Review Letters, le 29 janvier prochain. L’expérience menée par Lene Vestergaard Hau et son équipe est similaire, si ce n’est que le gaz est composé de sodium et que la température est proche du zéro absolu (la plus faible température qui soit). Leurs travaux feront l’objet d’un article dans la revue Nature. Par ailleurs, un autre article théorique paru dans Physical Review Letters (le 22 janvier) expose une nouvelle technique (théorique) qui permettrait non seulement de stopper la lumière, mais de la faire repartir en sens inverse… Ces expériences pourraient être d’une grande utilité pour développer des systèmes quantiques (ordinateur, unités de stockage, communication) à base de photons. Un grand défi auquel se heurte les physiciens est en effet la manipulation, sans détérioration, des particules quantiques.

Schéma de l’expérience menée au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics:
http://www.aip.org/physnews/graphics L’article du New York Times:
http://www.nytimes.com/2001/01/18/s... Présentation des politrons:
http://focus.aps.org/v5/st19.html
 
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