Des scientifiques ont explosé des miroirs avec des lasers pour écouter la lumière

  • Joseph Norman
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Miroir, miroir sur le mur, comment la lumière et la matière se mêlent après tout?

Les scientifiques savent depuis un certain temps que la lumière a un élan et exerce une force sur tout ce qu'elle frappe. Mais parce que cet élan est si petit, les expériences n'ont pas pu observer exactement comment il affecte la matière. 

À la recherche de réponses, un groupe international de chercheurs s'est tourné vers les miroirs dans une nouvelle étude. «Le miroir dit toujours la vérité», Tomaž Požar, l'auteur principal de l'étude et professeur assistant au département de génie mécanique de l'Université de Ljubljana en Slovénie a écrit dans l'analogie ludique faisant référence à «Blanche-Neige et les Sept Nains» qu'il créé et envoyé à. [Qu'est-ce que c'est? Réponses à vos questions sur la physique]

Bien que Požar et son équipe n'aient pas eu de conversation avec le miroir, ils ont écouté attentivement comment il a réagi lorsqu'il a été frappé par un faisceau de lumière. Ils ont attaché des capteurs acoustiques, qui fonctionnent de manière similaire à une échographie médicale, à un miroir équipé d'un écran thermique. (Le chauffage peut créer des ondes élastiques qui entraveraient le signal qu'ils essayaient d'étudier: les ondes élastiques créées par l'élan.)

Ensuite, les chercheurs ont tiré des faisceaux laser dans le miroir et ont utilisé les capteurs acoustiques pour écouter les ondes créées lorsque la lumière frappait la surface. "C'est comme un coup de marteau fait par la lumière", a déclaré Požar .

Ces minuscules ondes provoquaient des «sons» ou de minuscules mouvements parmi les atomes du miroir. Le plus petit déplacement qu'ils ont trouvé était d'environ 40 femtomètres, soit environ quatre fois la taille du noyau d'un atome, a déclaré Požar..

Avant cette expérience, les scientifiques ne pouvaient mesurer que la façon dont la lumière transmettrait l'élan à un objet dans son ensemble, a déclaré Požar. Mais cette nouvelle méthode leur a permis de voir comment cette force est répartie dans tout le matériau. Et bien que des recherches antérieures aient prédit que la lumière déplace la matière en déposant de l'élan dans différentes ondes élastiques, il existe maintenant des preuves expérimentales que c'est le cas, a déclaré Požar..

Actuellement, les scientifiques ont une poignée d'idées sur la façon dont l'élan est transféré de la lumière à un matériau, a déclaré Požar..

Le physicien écossais James Clerk Maxwell a été le premier à proposer, en 1873, que la lumière transporte un élan dans ses champs électromagnétiques. Ses équations ainsi que quelques autres forment la base de l'électromagnétisme. "Tout le monde est d'accord avec les équations d'électromagnétisme de Maxwell" et les lois qui disent que l'élan et l'énergie sont conservés, a déclaré Požar. Mais différents scientifiques ont leur propre point de vue sur la façon dont la force de la lumière est répartie dans la matière.

Un exemple célèbre est la soi-disant controverse Abraham-Minkowski, une dispute entre le physicien allemand Max Abraham et le mathématicien allemand Hermann Minkowski.. Abraham a suggéré que l'élan d'un photon devrait être inversement proportionnel à «l'indice de réfraction», un nombre qui décrit comment la lumière se déplace à travers un matériau, alors que Minkowski a suggéré qu'il devrait être directement lié.

Bien que la nouvelle étude n'ait pas encore déterminé quelle hypothèse, le cas échéant, était correcte, les chercheurs espèrent affiner et utiliser cette procédure expérimentale dans des liquides et d'autres matériaux pour finalement la comprendre..

Požar continue dans son analogie: est-ce Blanche-Neige ou la méchante reine? "Est-ce le formulisme proposé par Abraham? Peut-être celui suggéré par Minkowski? Ou est-ce celui d'Einstein ... Ou d'un scientifique encore anonyme dont le nom apparaîtra [un] jour dans tous les manuels?"

Dès 1619, l'astronome et mathématicien allemand Johannes Kepler a suggéré que la queue d'une comète semblait toujours pointer loin du soleil parce que la lumière du soleil exerçait une pression sur elle..

Comprendre la physique derrière l'élan lumineux aurait probablement ravi Kepler, mais cela aurait également des applications pratiques. Par exemple, les pinces optiques pourraient être optimisées pour exercer le moins de force sur les minuscules objets organiques qu'elles manipulent. Ou de grandes voiles solaires pourraient être créées pour naviguer à travers la galaxie grâce à l'énergie du soleil.

Les chercheurs ont rapporté leurs résultats le 21 août dans la revue Nature Communications.

Publié à l'origine le .




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