Une collaboration de recherche comprenant des physiciens théoriciens de l'Université de Bristol et de Birmingham a trouvé une nouvelle façon d'évaluer la façon dont la lumière circule dans l'espace, en y faisant des nœuds.

La lumière laser peut sembler être une seule, faisceau très concentré. En réalité, c'est un champ électromagnétique, vibrant en forme d'ellipse en chaque point de l'espace. Cette lumière multidirectionnelle est dite « polarisée ».

L'effet peut être vu avec des lunettes de soleil polarisées, qui ne laissent pénétrer qu'une seule direction de la lumière. En les tenant vers le ciel et en les faisant pivoter, les téléspectateurs verront des taches plus sombres et plus lumineuses à mesure que la lumière circulant dans différentes directions apparaît et disparaît.

Maintenant, les scientifiques ont pu utiliser la technologie holographique pour tordre un faisceau laser polarisé en nœuds.

Professeur Mark Dennis, de l'École de physique de l'Université de Bristol et de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Birmingham, a dirigé la partie théorique de la recherche.

Il a déclaré:"Nous savons tous faire des nœuds dans des substances tangibles telles que des lacets ou des rubans. Une branche des mathématiques appelée" théorie des nœuds "peut être utilisée pour analyser de tels nœuds en comptant leurs boucles et leurs croisements.

"Avec lumière, cependant, les choses se compliquent un peu. Ce n'est pas juste une seule poutre filiforme qui est nouée, mais l'ensemble de l'espace ou du « champ » dans lequel il se meut.

« D'un point de vue mathématique, ce n'est pas le nœud qui est intéressant, c'est l'espace qui l'entoure. Les propriétés géométriques et spatiales du champ sont connues sous le nom de sa topologie. »

Afin d'analyser la topologie des champs lumineux noués, des chercheurs des universités de Bristol, Birmingham, Ottowa et Rochester ont utilisé des faisceaux lumineux polarisés pour créer des structures appelées « singularités de polarisation ».

Découvert par le professeur John Nye à Bristol il y a plus de 35 ans, les singularités de polarisation se produisent aux points où l'ellipse de polarisation est circulaire, avec d'autres polarisations qui les entourent. En 3 dimensions, ces singularités se produisent le long des lignes, dans ce cas, créer des nœuds.

L'équipe a réussi à créer des nœuds d'une complexité beaucoup plus grande qu'auparavant à la lumière et les a analysés dans les moindres détails.

Le professeur Dennis a ajouté:"L'un des objectifs de la topologie est de parler de montrer des données en termes de lignes et de surfaces. Les surfaces du monde réel ont beaucoup plus de trous que les mathématiques ne l'avaient prédit."