Les ondes sonores légères et acoustiques à haute fréquence dans une minuscule structure de verre peuvent se coupler fortement les unes aux autres et exécuter une danse au pas.

Une équipe de chercheurs de l'Imperial College de Londres, l'Université d'Oxford, et le National Physical Laboratory ont atteint expérimentalement un objectif de longue date pour démontrer le soi-disant « régime de couplage fort » entre la lumière et les vibrations acoustiques à haute fréquence.

Les recherches de l'équipe auront un impact sur le traitement de l'information classique et quantique et même sur les tests de la mécanique quantique à grande échelle. Les détails de leurs recherches sont publiés aujourd'hui dans la prestigieuse revue Optique .

Au cœur des recherches de l'équipe se trouvent les «résonances en mode galerie de chuchotements» où la lumière rebondit plusieurs fois autour de la surface d'une minuscule structure de verre ronde illustrée dans la figure ci-dessus.

Ce phénomène tire son nom d'un effet observé dans la cathédrale St Paul au XIXe siècle, où l'on pouvait chuchoter le long du mur de la galerie ronde et être entendu de l'autre côté.

"Il est fascinant que ces résonateurs annulaires en verre puissent stocker des quantités excessives de lumière, qui peut « secouer » les molécules du matériau et générer des ondes acoustiques, " a déclaré le co-auteur du projet, le Dr Pascal Del'Haye du National Physical Laboratory.

Lorsque la lumière circule autour de la circonférence de la structure en verre, elle interagit avec une vibration acoustique de 11 GHz qui provoque la diffusion de la lumière dans le sens inverse. Cette interaction permet à l'énergie d'être échangée entre la lumière et le son à un certain taux. Cependant, les champs lumineux et sonore se désintègrent en raison de processus de type frottement, empêchant les deux de danser au pas.

L'équipe a surmonté ce défi en utilisant deux de ces résonances en mode galerie de chuchotement et a obtenu un taux de couplage supérieur à ces processus de type friction, permettant d'observer les signatures de la danse son et lumière.

Auteur principal du projet, Georg Enzian à l'Université d'Oxford, a déclaré:"La réalisation de ce régime de couplage fort a été un moment passionnant pour nous." Professeur Ian Walmsley, co-auteur du projet, et prévôt de l'Imperial College de Londres, a déclaré :« Je suis enthousiasmé par les perspectives à court et à long terme de cette nouvelle plate-forme expérimentale. »

Regarder vers l'avant, l'équipe prépare actuellement la prochaine génération de ces expériences qui fonctionneront à des températures proches du zéro absolu. "Cela permettra d'explorer et d'utiliser un comportement mécanique quantique très sensible pour le développement de technologies quantiques, " a déclaré le chercheur principal du projet, Le Dr Michael Vanner du Quantum Measurement Lab de l'Imperial College de Londres.