Les physiciens viennent d’observer des points d’obscurité se déplaçant plus vite que la vitesse de la lumière – sans enfreindre les lois de la relativité.

Pour la première fois, des chercheurs ont détecté des vides se déplaçant plus rapidement que la vitesse de la lumière – et ils ont dépassé cette limite de vitesse cosmique sans enfreindre les lois de la relativité.

Une étude récente montre l’accélération des vides. Les chercheurs ont utilisé les progrès récents de la microscopie électronique ultrarapide pour mesurer les vides dans les ondes phonons-polaritons zoomant à l’intérieur d’un mince flocon de nitrure de bore. Les phonons-polaritons sont des quasiparticules formées de photons (lumière quantifiée) couplés à de minuscules vibrations, et ils agissent comme des ondes lumineuses et sonores combinées.

Les vagues sont souvent visualisées comme un seul gribouillis, mais dans de nombreuses applications, les imaginer comme un lac pourrait donner une meilleure idée de ce qui se passe. Les lacs sont remplis de vagues et d’ondulations qui interfèrent les unes avec les autres. Si les vagues interagissent lorsqu’elles atteignent leur hauteur maximale, elles se combinent pour créer une vague encore plus haute. Mais s’ils entrent en contact lorsqu’ils sont au plus bas, ils créent des creux plus profonds qu’ils ne le feraient seuls.

Parfois, les vagues s’annulent, créant des points où la magnitude des vagues tombe à zéro. Dans un lac, cela créerait un tourbillon temporaire (un vortex) qui se déplace autour de ce point vide, également appelé singularité. Ces singularités se retrouvent dans toute la nature et mathématiques et, depuis les années 1970, on a théorisé qu’ils se déplaçaient plus vite que la vitesse de la lumière dans certains cas, selon un déclaration récente de l’Institut de technologie Technion-Israël.

Dépassant la limite

La théorie spéciale d’Einstein relativité déclare que la vitesse de la lumière dans le vide – 299 792 458 mètres par seconde, soit environ 186 000 milles par seconde – est la vitesse la plus rapide pour laquelle l’information, la matière et l’énergie peuvent voyager dans l’espace. Alors, comment les singularités se déplacent-elles plus vite que la vitesse de la lumière ? Parce que les singularités sont des points vides du néant, elles ne contiennent aucune information, aucune matière et aucune énergie. Ce sont de minuscules vides, ils n’ont donc pas à obéir à la limite de vitesse cosmique.

Ces vides ne se contentent pas de dépasser la vitesse de la lumière : ils la dépassent. Lorsque deux singularités se rencontrent, elles peuvent parfois accélérer de manière exponentielle l’une vers l’autre jusqu’à ce que leurs vitesses s’approchent de l’infini juste avant de s’annuler. Or, plus ils vont vite, plus il est difficile de les observer. L’étude récente, publiée le 25 mars dans la revue Naturemontre les chercheurs en train de faire exactement cela.

« Notre découverte révèle les lois universelles de la nature partagées par tous les types d’ondes, depuis les ondes sonores et les écoulements de fluides jusqu’aux systèmes complexes tels que supraconducteurs, » Ido Kaminerprofesseur de génie électrique et informatique à l’Institut de technologie Technion-Israël et membre de l’équipe de recherche, a déclaré dans le communiqué.

Les résultats de l’étude ne s’appliquent pas seulement aux petits tourbillons ; les points nuls agissent suffisamment comme des particules pour que les scientifiques puissent les étudier pour mieux comprendre les interactions entre les particules. Pour ce faire, les chercheurs doivent savoir où la comparaison échoue. La nouvelle étude montre que le besoin de vitesse des vides est un point où les singularités cessent d’agir comme des particules, puisque les particules obéissent à la limite de vitesse cosmique que les vides ignorent.

De plus, les nouvelles techniques utilisées par l’équipe pour observer des objets très petits et très rapides pourraient éclairer certaines poches jusqu’alors inexplorées dans plusieurs disciplines scientifiques.

« Nous pensons que ces techniques de microscopie innovantes permettront d’étudier des processus cachés en physique, chimie et biologie, révélant pour la première fois comment la nature se comporte dans ses moments les plus rapides et les plus insaisissables », a ajouté Kaminer.