Les physiciens ont déjà réussi à démontrer l'accélération des rayons lumineux sur des surfaces planes, où l'accélération a fait suivre les rayons courbes. Cependant, la nouvelle expérience a repoussé les limites de ce qui peut être montré en laboratoire. Les physiciens ont été les premiers à démontrer l'accélération d'un faisceau lumineux dans un espace courbe. Au lieu de se déplacer le long d'un chemin géodésique (le chemin le plus court sur une surface courbe), le faisceau a été dévié du chemin en raison de l'accélération.
L'étude, publiée dans la revue Physical Review X, «ouvre la porte à un nouveau domaine de recherche sur les faisceaux accélérés. Jusqu'à présent, l'accélération des rayons n'a été étudiée que dans un milieu à géométrie plate, comme un espace libre plat ou dans des guides d'ondes. Dans cet article, les faisceaux optiques ont suivi des trajectoires courbes dans un milieu courbe », explique Anatoly Patsik, physicien à l'Institut israélien de technologie.
L'expérience réussie, menée par des physiciens de l'Institut israélien de technologie, de l'Université Harvard et du Harvard-Smithsonian Astrophysical Center, augmentera le potentiel de recherche pour d'autres études en laboratoire sur des phénomènes comme la lentille gravitationnelle. En menant de telles expériences en laboratoire, les scientifiques pourront étudier les phénomènes prédits par la théorie d'Einstein de la relativité générale dans des conditions soigneusement contrôlées.
Premièrement, les scientifiques ont accéléré un faisceau laser en le faisant rebondir sur un modulateur spatial de lumière conçu pour moduler l'amplitude, la phase ou la polarisation des ondes lumineuses. Le rebond du faisceau de cet appareil imprime un front d'onde spécifique sur le faisceau, qui accélère tout en conservant sa forme. Les scientifiques ont ensuite visé un laser accéléré à l'intérieur d'une lampe à incandescence, qui a été peinte pour diffuser la lumière et la rendre visible aux chercheurs.
Les scientifiques ont observé qu'en se déplaçant à l'intérieur de la lampe, le faisceau déviait la trajectoire de la ligne géodésique. En comparant ce mouvement à un rayon qui n'accélérait pas, ils ont constaté que lorsqu'il n'y avait pas d'accélération, le rayon suivait une ligne.
Cette recherche pourrait être le point de départ de recherches futures sur des phénomènes qui relèvent de la théorie générale de la relativité d'Einstein. Patsik a déclaré que «les équations de relativité générale d'Einstein déterminent, entre autres, l'évolution des ondes électromagnétiques dans l'espace courbe. 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 environnement matériel, décrit par la susceptibilité électrique et magnétique, qui peut changer dans l'espace."
Cette expérience devrait donner une impulsion au développement de la recherche sur le thème de la lentille gravitationnelle et des anneaux d'Einstein, du bleu ou du redshift gravitationnel, et bien plus encore. À l'avenir, les scientifiques prévoient d'étudier si les faisceaux de plasma (dans lesquels le plasma oscille au lieu de la lumière) peuvent également accélérer dans un espace courbe.
Ilya Khel
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