En projetant un laser le long de la coque intérieure d'une ampoule à incandescence, des physiciens ont réalisé la première démonstration expérimentale d'un faisceau lumineux en accélération dans un espace courbe. Plutôt que de se déplacer le long d'une trajectoire géodésique (le chemin le plus court sur une surface courbe), le faisceau accélérateur s'écarte de la trajectoire géodésique du fait de son accélération.

Précédemment, des faisceaux lumineux accélérants ont été démontrés sur des surfaces planes, sur lesquelles leur accélération les amène à suivre des trajectoires courbes plutôt que des lignes droites. L'extension des faisceaux d'accélération aux surfaces courbes ouvre les portes à des possibilités supplémentaires, comme l'émulation de phénomènes de relativité générale (par exemple, lentille gravitationnelle) avec des dispositifs optiques en laboratoire.

Les physiciens, Anatoli Patsyk, Miguel A. Bandres, et Mordechai Segev au Technion – Israel Institute of Technology, avec Rivka Bekenstein à l'Université Harvard et au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, ont publié un article sur l'accélération des faisceaux lumineux dans l'espace courbe dans un récent numéro de Examen physique X .

"Ce travail ouvre les portes d'une nouvelle voie d'étude dans le domaine des faisceaux accélérateurs, " Patsyk a dit Phys.org . "Jusqu'à présent, les faisceaux accélérateurs n'ont été étudiés que dans un milieu à géométrie plane, tels que l'espace libre plat ou les guides d'ondes en dalle. Dans les travaux en cours, les faisceaux optiques suivent des trajectoires courbes dans un milieu courbe."

Dans leurs expériences, les chercheurs ont d'abord transformé un faisceau laser ordinaire en un faisceau accéléré en réfléchissant le faisceau laser sur un modulateur spatial de lumière. Comme l'expliquent les scientifiques, cela imprime un front d'onde spécifique sur le faisceau. Le faisceau résultant est à la fois accélérateur et préservant la forme, ce qui signifie qu'il ne s'étale pas lorsqu'il se propage dans un milieu incurvé, comme le feraient des faisceaux lumineux ordinaires. Le faisceau lumineux accélérateur est ensuite lancé dans la coque d'une ampoule à incandescence, qui a été peint pour diffuser la lumière et rendre visible la propagation du faisceau.

Lorsque vous vous déplacez le long de l'intérieur de l'ampoule, le faisceau accélérateur suit une trajectoire qui s'écarte de la ligne géodésique. En comparaison, les chercheurs ont également lancé un faisceau non accélérateur à l'intérieur de la coque de l'ampoule, et observé que ce faisceau suit la ligne géodésique. En mesurant la différence entre ces deux trajectoires, les chercheurs ont pu déterminer l'accélération du faisceau d'accélération.

Alors que la trajectoire d'un faisceau d'accélération sur une surface plane est entièrement déterminée par la largeur du faisceau, la nouvelle étude montre que la trajectoire d'un faisceau accélérant sur une surface sphérique est déterminée à la fois par la largeur du faisceau et par la courbure de la surface. Par conséquent, un faisceau accélérateur peut changer de trajectoire, ainsi que la mise au point et la défocalisation périodiques, en raison de la courbure.

La capacité d'accélérer les faisceaux lumineux le long des surfaces courbes a une variété d'applications potentielles, dont l'un est l'émulation des phénomènes de relativité générale.

"Les équations de la relativité générale d'Einstein déterminent, entre autres problèmes, l'évolution des ondes électromagnétiques dans l'espace courbe, " a déclaré Patsyk. " Il s'avère que l'évolution des ondes électromagnétiques dans l'espace courbe selon les équations d'Einstein équivaut à la propagation des ondes électromagnétiques dans un milieu matériel décrit par les susceptibilités électriques et magnétiques qui sont autorisées à varier dans l'espace. C'est le fondement de l'émulation de nombreux phénomènes connus de la relativité générale par les ondes électromagnétiques se propageant dans un milieu matériel, donnant lieu à des effets d'émulation tels que les lentilles gravitationnelles et les anneaux d'Einstein, décalage gravitationnel bleu ou décalage rouge, que nous avons étudié dans le passé, et beaucoup plus."

Les résultats pourraient également offrir une nouvelle technique de contrôle des nanoparticules dans les vaisseaux sanguins, microcanaux, et d'autres paramètres incurvés. Les faisceaux plasmoniques accélérants (qui sont constitués d'oscillations de plasma au lieu de lumière) pourraient potentiellement être utilisés pour transférer de l'énergie d'une zone à une autre sur une surface courbe. Les chercheurs prévoient d'explorer davantage ces possibilités et d'autres à l'avenir.

"Nous étudions maintenant la propagation de la lumière dans les membranes incurvées les plus minces possibles - des bulles de savon d'épaisseur moléculaire, " a déclaré Patsyk. "Nous étudions également les phénomènes d'ondes linéaires et non linéaires, où le faisceau laser affecte l'épaisseur de la membrane et en retour la membrane affecte le faisceau lumineux se propageant à l'intérieur."

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