Pour la toute première fois, des scientifiques ont filmé de la lumière créant un « bang supersonique ».
Le bang supersonique créé par la lumière, autrement connu sous le nom de cône photonique de Mach, a pu être filmé en utilisant un type de caméra ultra-rapide capable de filmer à une cadence de mille milliards d’images par seconde (1 billion i/s) !
L’équipe a déclaré que la technique pourrait être utilisée pour comprendre des événements ultra-rapides. Ce processus, connu sous le nom de photographie femtoseconde, est donc une technique photographique utilisant un laser femtoseconde pour illuminer la scène photographiée avec une durée d’exposition extrêmement courte. Elle est développée par le MIT Media Lab depuis 2011. En ajustant la synchronisation des images, il est également possible d’obtenir une séquence vidéo du trajet de la lumière. « Il n’y a rien dans l’Univers qui paraisse rapide aux yeux de cette caméra », affirme Andreas Velten, l’un des chercheurs du projet.
Un cône de Mach est créé quand quelque chose voyage plus vite que les ondes qu’il émet, ce qui arrive souvent lorsqu’un avion voyage plus vite que la vitesse du son. Et la lumière peut produire la même chose. Mais alors, comment est-ce qu’un « bang supersonique » photonique peut se créer ? À première vue, il semble ridicule que la lumière puisse également générer un cône de Mach. Après tout, rien ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide. Mais la lumière « peut » être ralentie : elle traverse certains matériaux plus rapidement que d’autres. C’est ainsi que l’équipe a pu créer le cône photonique de Mach.
Dans cette expérience, une équipe de chercheurs dirigée par l’ingénieur Jinyang Liang de l’Université de Washington, a créé un canal entre deux plaques de caoutchouc en silicone et d’oxyde d’aluminium en poudre. Ils ont rempli l’espace avec de la fumée de glace carbonique, puis ont tiré une impulsion laser de 7 picosecondes qui a dispersé les particules en suspension. Étant donné que la lumière a traversé plus lentement les parois du tunnel que la glace sèche, il en résulte la création d’un cône photonique de Mach, comme vous pouvez le voir ci-dessous :
Bien que d’autres techniques aient déjà été utilisées pour immortaliser ces cônes de lumière, c’est la première fois qu’un événement unique est capturé en temps réel, grâce à une caméra ultra-rapide. Cette même technique avait déjà permis aux chercheurs du MIT de capturer une impulsion de lumière traversant une bouteille en plastique. Cependant, pour que le processus puisse fonctionner, la scène doit être imagée de très nombreuses fois, afin d’accumuler suffisamment de données : ce n’est donc pas très utile, lorsque l’on souhaite capturer des événements non répétitifs, ou difficilement reproductibles.
Mais Liang et son équipe, ont trouvé un moyen de supprimer l’inconvénient de devoir effectuer des prises multiples : toujours en utilisant le même procédé, ils ont capturé trois vues différentes, pour le même événement. Une vue a capturé une séquence d’images, tandis que les deux autres vues ont enregistré le moment de la prise de vue. De cette manière, ils ont pu classer les images, et dans le bon ordre.
C’est de cette façon que l’équipe est parvenue à filmer pour la toute première fois ce bang « supersonique » photonique, qui devrait d’ailleurs plutôt être nommé « bang supraluminique » dans un tel cas. Et les véritables avantages que nous pourrions tirer de cette technologie, pourraient déjà concerner la médecine et les neurosciences : « Notre caméra est assez rapide pour observer les réponses neuronales et l’image du trafic en direct dans le cerveau. Nous espérons à l’avenir pouvoir utiliser notre système afin d’étudier les réseaux de neurones, pour mieux comprendre le fonctionnement du cerveau », a expliqué Liang.
VIDÉO (anglais) : Visualiser une vidéo à la vitesse de la lumière, avec un billion d’images par seconde.
Expérience du MIT datant de 2011 ayant permis de capturer une impulsion lumineuse traversant une bouteille de plastique.