Une bizarrerie dans la modélisation scientifique 3D a conduit à la découverte que lumière laser peut – dans de bonnes circonstances – projeter sa propre ombre.
Cette découverte remet en question notre compréhension actuelle de ce qu’est une ombre, ont écrit les chercheurs dans un nouvel article publié le 14 novembre dans la revue Optique.
« La lumière laser projetant une ombre était auparavant considérée comme impossible, car la lumière traverse généralement une autre lumière sans interagir », co-auteur de l’étude. Raphaël Abrahaophysicien au Brookhaven National Laboratory, a déclaré dans un déclaration. « Notre démonstration d’un effet optique très contre-intuitif nous invite à reconsidérer notre notion d’ombre. »
Imaginez que deux faisceaux de lampe de poche se croisent – aucun ne bloque l’autre. Cependant, certains modèles informatiques 3D de systèmes laser représentent le faisceau laser comme un cylindre. Ces modèles donnent au faisceau laser simulé sa propre ombre car ils le traitent comme un objet solide plutôt que comme un rayon de lumière. Lors d’une conversation à l’heure du déjeuner sur cette bizarrerie du système de modélisation, certains scientifiques se sont demandés s’ils pouvaient reproduire le phénomène avec un faisceau réel.
« »Ce qui a commencé comme une discussion amusante pendant le déjeuner a conduit à une conversation sur la physique des lasers et la réponse optique non linéaire des matériaux », a déclaré Abrahao dans le communiqué. « À partir de là, nous avons décidé de mener une expérience pour démontrer l’ombre d’un faisceau laser. »
Les chercheurs ont mis en place une expérience avec un cristal de rubis, un matériau populaire pour étudier les propriétés inhabituelles de la lumière. Ils ont dirigé un laser vert et un laser bleu dans le rubis à angle droit l’un par rapport à l’autre. Sur un écran en face du laser bleu, ils ont vu une ligne sombre où le laser vert bloquait la lumière bleue quittant le cristal.
Ce curieux phénomène provient d’une propriété du rubis lui-même. Lorsque le laser vert rencontre des atomes sur son trajet à travers le cristal, il donne aux électrons de ces atomes un peu d’énergie supplémentaire. Dans leur état de haute énergie, ces électrons peuvent absorber la lumière bleue du deuxième laser. Le faisceau laser vert se comporte ainsi comme un objet, bloquant la lumière bleue et projetant une ligne sombre sur l’écran.
Cette ligne sombre répond à tous les critères d’une ombre : elle était visible à l’œil nu, elle prenait la forme d’un objet bloquant l’éclairage et elle se déplaçait au fur et à mesure que les chercheurs déplaçaient le laser vert.
Les scientifiques ont également découvert qu’ils pouvaient régler l’intensité du laser vert pour créer une ombre plus sombre ou plus claire. Le contraste maximum entre les zones éclairées et sombres de l’écran était d’environ 22 %, semblable au contraste de l’ombre d’un arbre par une journée ensoleillée.
« Cette découverte élargit notre compréhension des interactions lumière-matière et ouvre de nouvelles possibilités d’utilisation de la lumière d’une manière que nous n’avions pas envisagée auparavant », a déclaré Abrahao dans le communiqué.
Cette découverte pourrait s’avérer utile dans divers domaines, a ajouté Abrahao. Un exemple est la commutation optique dans les dispositifs qui s’appuient sur la lumière pour contrôler la présence d’une autre lumière, ou dans les technologies qui nécessitent un contrôle précis de la transmission de la lumière, comme les lasers haute puissance.
