Des scientifiques ont démontré pour la première fois comment des ondes sonores « tordues » provenant d'une source rotative peuvent produire des fréquences négatives, ce qui revient à remonter le temps.

Une équipe de chercheurs internationaux, y compris des physiciens de l'Université d'Exeter, ont construit un système capable d'inverser le moment angulaire d'une onde sonore en l'observant à partir d'un référentiel en rotation.

L'étude, qui comprend également des scientifiques des universités de Glasgow et de l'Illinois Wesleyan aux États-Unis, est publié dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences .

L'effet Doppler est un phénomène familier à quiconque a vu passer une ambulance en faisant retentir sa sirène.

Alors que l'ambulance s'approche de l'observateur, les ondes sonores "s'empilent", augmenter la fréquence des ondes et ainsi faire monter en hauteur le son de la sirène, un processus connu des scientifiques sous le nom de « blueshift ». Une fois que l'ambulance passe, les ondes sonores « s'étendent », en abaissant leur fréquence et en baissant la hauteur – connu sous le nom de « redshift ».

Professeur Miles Padgett, la chaire Kelvin de philosophie naturelle de l'Université de Glasgow, a déclaré:"Nous savons depuis un certain temps que des choses étranges se produisent lorsque l'observateur hypothétique poursuit le son émis par une sirène d'ambulance à des vitesses supersoniques et crée ce que nous pourrions appeler une fréquence" négative ".

"A ces vitesses, l'observateur entendrait le son de la sirène à l'envers, parce que l'observateur se déplace maintenant plus vite que le son qu'il entend - le son le plus récent qu'il fait atteindra l'observateur avant ceux qu'il a fait dans le passé, le contraire de la façon dont le son se déplace à des vitesses subsoniques."

Qu'elles soient supersoniques ou subsoniques, ce que l'ambulancier hypothétique observe est plus proprement connu sous le nom d'effet Doppler linéaire, où les ondes sonores se déplacent en ligne droite lorsque le mouvement se produit entre l'objet et l'observateur.

En 1981, un chimiste nommé Bruce Garetz a d'abord démontré l'effet Doppler rotationnel, où les décalages de fréquence se produisent lorsque les ondes électromagnétiques (dans ce cas les ondes lumineuses) se déplacent en cercle autour d'un seul point fixe. Contrairement aux décalages Doppler linéaires, il n'a pas été démontré que les décalages Doppler rotationnels généraient des fréquences négatives, puisqu'il n'y a pas de mouvement entre l'objet et l'observateur.

Dans des recherches antérieures, Des chercheurs de Glasgow ont exploré comment le décalage Doppler rotationnel est affecté lorsque les champs électriques et magnétiques de la lumière reçoivent une «torsion» de style tire-bouchon – une propriété connue sous le nom de moment angulaire orbital, ou « OAM ». Leur travail a montré que l'OAM de la lumière laser est décalée par Doppler lorsqu'elle frappe une surface réfléchissante en rotation, et transporte des informations sur le taux de rotation de la surface.

Dans leurs nouvelles recherches, ils ont choisi d'explorer comment l'OAM des ondes sonores est affectée par la rotation. Faire cela, ils ont disposé 16 haut-parleurs en cercle, face à deux micros montés sur une bague tournante. En disposant les micros très légèrement décalés les uns par rapport aux autres, ils pourraient mesurer l'amplitude et la direction OAM des ondes acoustiques provenant des haut-parleurs comme la portée de l'anneau rotatif.

Dr Dave Phillips, de l'Université d'Exeter, a ajouté :« C'est une découverte très intéressante, avec des applications potentielles dans une gamme de disciplines scientifiques, y compris la relativité générale. Nous sommes impatients de continuer à explorer les implications des découvertes à l'avenir. »

Dr Graham Gibson de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Glasgow, un auteur principal de l'article, a ajouté:"Nous avons découvert que nous pouvions en effet générer des ondes acoustiques à décalage Doppler rotationnelles négatives qui inversaient l'OAM de l'onde, ce qui n'a pas été démontré auparavant - essentiellement, nous pourrions inverser la torsion des ondes acoustiques.

"De plus, nous pourrions générer ces fréquences négatives alors que notre bague de microphone s'étend sur très faible, vitesses subsoniques, avec un taux de rotation d'environ 25 Hz, quelque chose qui est impossible dans les décalages Doppler linéaires."

Le papier de l'équipe, intitulé « Inversion du moment angulaire orbital résultant d'un décalage Doppler extrême », est publié dans Actes de l'Académie nationale des sciences .