Des chercheurs conçoivent une nouvelle voie vers la “lumière quantique”


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    Les chercheurs ont émis l’hypothèse d’un nouveau mécanisme pour générer de la “lumière quantique” à haute énergie, qui pourrait être utilisée pour étudier de nouvelles propriétés de la matière à l’échelle atomique.

    Les chercheurs de l’Université de Cambridge, ainsi que des collègues des États-Unis, d’Israël et d’Autriche, ont développé une théorie décrivant un nouvel état de la lumière, qui a des propriétés quantiques contrôlables sur une large gamme de fréquences, jusqu’aux fréquences des rayons X. . Leurs résultats sont publiés dans la revue Physique naturelle.

    Le monde que nous observons autour de nous peut être décrit selon les lois de la physique classique, mais une fois que nous observons les choses à l’échelle atomique, le monde étrange de la physique quantique prend le dessus. Imaginez un ballon de basket : en l’observant à l’œil nu, le ballon se comporte selon les lois de la physique classique. Mais les atomes qui composent le ballon de basket se comportent plutôt selon la physique quantique.

    “La lumière ne fait pas exception : de la lumière du soleil aux ondes radio, elle peut principalement être décrite à l’aide de la physique classique”, a déclaré l’auteur principal, le Dr Andrea Pizzi, qui a mené la recherche alors qu’il était basé au laboratoire Cavendish de Cambridge. “Mais à l’échelle micro et nanométrique, les soi-disant fluctuations quantiques commencent à jouer un rôle et la physique classique ne peut pas en tenir compte.”

    Pizzi, qui est actuellement basé à l’Université de Harvard, a travaillé avec le groupe d’Ido Kaminer au Technion-Israel Institute of Technology et des collègues du MIT et de l’Université de Vienne pour développer une théorie qui prédit une nouvelle façon de contrôler la nature quantique de la lumière.

    “Les fluctuations quantiques rendent la lumière quantique plus difficile à étudier, mais aussi plus intéressante : si elles sont correctement conçues, les fluctuations quantiques peuvent être une ressource”, a déclaré Pizzi. “Le contrôle de l’état de la lumière quantique pourrait permettre de nouvelles techniques en microscopie et en calcul quantique.”

    L’une des principales techniques de génération de lumière utilise des lasers puissants. Lorsqu’un laser suffisamment puissant est pointé sur une collection d’émetteurs, il peut arracher certains électrons des émetteurs et les dynamiser. Finalement, certains de ces électrons se recombinent avec les émetteurs dont ils ont été extraits, et l’excès d’énergie qu’ils ont absorbé est libéré sous forme de lumière. Ce processus transforme la lumière d’entrée basse fréquence en un rayonnement de sortie haute fréquence.

    “L’hypothèse était que tous ces émetteurs sont indépendants les uns des autres, ce qui donne une lumière de sortie dans laquelle les fluctuations quantiques sont assez homogènes”, a déclaré Pizzi. “Nous voulions étudier un système où les émetteurs ne sont pas indépendants, mais corrélés : l’état d’une particule vous dit quelque chose sur l’état d’une autre. Dans ce cas, la lumière de sortie commence à se comporter très différemment, et ses fluctuations quantiques deviennent très structurées. , et potentiellement plus utile.”

    Pour résoudre ce type de problème, connu sous le nom de problème à plusieurs corps, les chercheurs ont utilisé une combinaison d’analyse théorique et de simulations informatiques, où la lumière émise par un groupe d’émetteurs corrélés pouvait être décrite à l’aide de la physique quantique.

    La théorie, dont le développement a été dirigé par Pizzi et Alexey Gorlach du Technion, démontre que la lumière quantique contrôlable peut être générée par des émetteurs corrélés avec un laser puissant. La méthode génère une lumière de sortie à haute énergie et pourrait être utilisée pour concevoir la structure optique quantique des rayons X.

    “Nous avons travaillé pendant des mois pour obtenir des équations de plus en plus propres, jusqu’à ce que nous arrivions au point où nous pouvions décrire la connexion entre la lumière de sortie et les corrélations d’entrée avec une seule équation compacte. En tant que physicien, je trouve cela magnifique”, a déclaré Pizza. “Pour l’avenir, nous aimerions collaborer avec des expérimentateurs pour fournir une validation de nos prédictions. Du côté théorique des choses, notre travail suggère des systèmes à plusieurs corps comme ressource pour générer de la lumière quantique, un concept que nous voulons étudier plus largement. , au-delà de la configuration envisagée dans ce travail.”

    La recherche a été financée en partie par la Royal Society. Andrea Pizzi est chercheuse junior au Trinity College de Cambridge.

    Houssen Moshinaly

    Rédacteur en chef d'Actualité Houssenia Writing. Rédacteur web depuis 2009.

    Blogueur et essayiste, j'ai écrit 9 livres sur différents sujets comme la corruption en science, les singularités technologiques ou encore des fictions. Je propose aujourd'hui des analyses politiques et géopolitiques sur le nouveau monde qui arrive. J'ai une formation de rédaction web et une longue carrière de prolétaire.

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