« Nous avons transformé la lumière en solide. C’est fantastique. Les mots de Dimitris Trypogeorgos ils sont la synthèse d'une expérience extraordinaire vient de poster sur Nature. Un suprasolide de lumière. Un matériau quantique qui défie toutes les catégories connues, se comportant simultanément comme un cristal solide et un fluide sans viscosité. Jusqu’à hier, nous ne pouvions imaginer de tels états exotiques de la matière qu’en utilisant des atomes ultra-froids.
Aujourd'hui, grâce à une équipe de physiciens du Conseil national de recherches Italienne, la lumière elle-même s'est transformée en cet état paradoxal, ouvrant les portes à un nouveau chapitre de la physique fondamentale et, peut-être, à des technologies que nous ne pouvons même pas encore imaginer.
Quand l'impossible devient expérimental
Ce n’est pas la première fois que la lumière nous surprend. De 2009Quand Daniele Sanvitto, également chercheur au CNR, démontra que la lumière pouvait se comporter comme un fluide, on savait que cet élément apparemment simple cachait des propriétés extraordinaires. Mais passer à l’étape suivante – transformer la lumière en un suprasolide – semblait être un exploit presque impossible.
Pourtant, grâce à un dispositif expérimental complexe combinant des lasers et des semi-conducteurs en arséniure de gallium et d'aluminium, des chercheurs italiens y sont parvenus. Ils n’ont pas seulement manipulé la lumière, ils l'ont fondamentalement transformé en quelque chose qui défie toute catégorisation classique. Je me demande combien de surprises supplémentaires ce faisceau de photons que nous tenons pour acquis chaque jour nous réserve.
Nous sommes vraiment au début de quelque chose de nouveau.
Qu’est-ce qu’un suprasolide et pourquoi devrions-nous être enthousiasmés ?
Qu'est-ce qu'un supersolide exactement ? Imaginez prendre un glaçon qui, tout en conservant parfaitement sa forme cubique, peut également passer à travers un tamis sans effort, comme s’il s’agissait d’eau. Cela semble absurde, mais c’est exactement ce qui se passe dans ces états exotiques de la matière : une structure cristalline rigide et un écoulement sans frottement coexistent dans le même matériau.
Jusqu’à présent, les physiciens n’avaient pu créer des suprasolides qu’en refroidissant les atomes à des températures très proches du zéro absolu (-273,15 degrés Celsius), où dominent les effets quantiques. La grande nouvelle est que nous pouvons désormais les obtenir en manipulant la lumière à des températures beaucoup plus élevées, grâce à l’interaction avec des matériaux semi-conducteurs spécialement structurés. Cela signifie pouvoir étudier ces phénomènes quantiques dans des conditions beaucoup plus accessibles.
La méthode italienne pour apprivoiser la lumière
L’expérience n’était pas du tout simple. Les chercheurs ont dû concevoir des « crêtes » sur le semi-conducteur avec une précision micrométrique, créant un motif qui confinerait les particules hybrides générées par l'interaction entre la lumière et la matière (les soi-disant «polaritons« ). Ce confinement a forcé les polaritons à s’organiser dans une structure cristalline tout en conservant la fluidité typique des systèmes quantiques.
Saint Vitto met en évidence le nombre de défis qu’ils ont dû surmonter pour prouver qu’ils avaient effectivement créé un suprasolide de lumière. Il n’y avait aucun précédent, aucun protocole expérimental à suivre. Ils ont dû mesurer plusieurs propriétés simultanément pour prouver que leur matériau était véritablement à la fois solide et fluide sans viscosité.
Un avenir super solide qui reste à écrire
Secondo Alberto Bramati de Université de la Sorbonne, cette expérience n'est que la première étape. Il reste encore d’innombrables mesures à effectuer pour comprendre pleinement les propriétés de ce suprasolide de lumière, mais les possibilités sont passionnantes.
Trypogeorgos suggère que ces supersolides photoniques pourraient être plus faciles à manipuler que les suprasolides atomiques, ouvrant de nouvelles voies pour l’étude d’états exotiques de la matière jusqu’alors inaccessibles. Peut-être qu’un jour, ces recherches en apparence abstraites mèneront à des technologies révolutionnaires, comme c’est le cas pour d’autres phénomènes quantiques qui alimentent aujourd’hui les ordinateurs, les lasers et les appareils médicaux.
Nous ne sommes véritablement qu’au début d’un nouveau chapitre de la physique. Et, comme cela arrive souvent, tout commence par un rayon de lumière.
