Une simple goutte d'huile d'olive dans un système de photons rebondissant entre deux miroirs a révélé des aspects universels des transitions de phase en physique. Les chercheurs de l'AMOLF ont utilisé une cavité optique remplie d'huile dans laquelle la lumière subit des transitions de phase similaires à celles de l'eau bouillante. Le système qu'ils ont étudié a une mémoire car l'huile fait interagir les photons avec eux-mêmes. En faisant varier la distance entre les deux miroirs et en mesurant la transmission de la lumière à travers la cavité, ils ont découvert une loi universelle décrivant les transitions de phase dans les systèmes à mémoire. Ces résultats sont publiés le 15 avril dans Lettres d'examen physique .

Le groupe de recherche Interacting Photons de l'AMOLF étudie la non-linéarité et le bruit dans les systèmes photoniques. L'un de ces systèmes est une cavité, formé par deux miroirs se faisant face à une distance rapprochée. Dans la cavité, la lumière rebondit d'avant en arrière lorsqu'elle est réfléchie par les miroirs. Mettre quelque chose à l'intérieur d'une telle cavité optique, modifie les propriétés du système. "Nous avons créé un système à mémoire en plaçant une goutte d'huile d'olive à l'intérieur de la cavité, " dit le chef du groupe Said Rodriguez. " L'huile médie des interactions photon-photon efficaces, que nous pouvons voir en mesurant la transmission de la lumière laser à travers cette cavité."

Vitesse de numérisation

Rodriguez et son doctorat. les étudiants Zou Geng et Kevin Peters ont analysé la transmission en augmentant et en diminuant la distance entre les deux miroirs à des vitesses différentes. Ils ont découvert que la quantité de lumière transmise à travers la cavité dépend de la direction du mouvement des miroirs. "La transmission de la lumière à travers la cavité est non linéaire. A une certaine distance entre les miroirs, la quantité de lumière transmise dépend de l'ouverture ou de la fermeture de la cavité, " explique Rodriguez. " Ce comportement s'appelle l'hystérésis. On l'observe aussi dans certaines transitions de phase, comme dans l'eau bouillante ou les matériaux magnétiques."

Universel

Cependant, dans la cavité avec de l'huile d'olive, l'hystérésis n'est pas toujours présente, les chercheurs ont observé qu'ils augmentaient la vitesse à laquelle la cavité s'ouvre et se ferme. Rodriguez :« Dans les scans plus rapides, nous avons vu l'hystérésis disparaître en fonction de la vitesse de balayage. Cela se produit à un taux universel, indépendant de paramètres comme l'intensité lumineuse ou la force de la non-linéarité. Les équations qui décrivent le comportement de la lumière dans notre cavité remplie d'huile sont similaires à celles décrivant des collections d'atomes, supraconducteurs et même la physique des hautes énergies. Par conséquent, le comportement universel que nous avons découvert est susceptible d'être également observé dans de tels systèmes."

Cavités de couplage

Bien qu'il serait intéressant d'étudier le comportement de mise à l'échelle universelle dans d'autres systèmes avec mémoire, Rodriguez continuera à se concentrer sur les cavités remplies d'huile. "Notre système présente une forte non-linéarité optique à température ambiante, qui offre des opportunités d'applications potentielles, " dit-il. " Nous étudions actuellement ce qui se passe lorsque nous accouplons deux ou plusieurs cavités. Parce que chaque système a de la mémoire, un réseau de cavités pourrait éventuellement être utile comme outil de calcul, ou peut-être même dans les applications de détection."