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tourmener les lecteurs retournons
aujourd’hui en physique et technologie !
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‘’ Researchers create light waves that can penetrate even
opaque materials
by Vienna University of Technology’’
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: Les chercheurs créent des ondes lumineuses
qui peuvent pénétrer même les matériaux opaques
par l'Université technique de Vienne
Crédits:
Allard Mosk / Matthias Kühmayer
Pourquoi le
sucre n'est-il pas transparent? Parce que la lumière qui pénètre dans un
morceau de sucre est dispersée, modifiée et déviée d'une manière très
compliquée. Cependant, comme une équipe de recherche de la TU Wien (Vienne) et
de l'Université d'Utrecht (Pays-Bas) a maintenant pu le montrer, il existe une
classe d'ondes lumineuses très spéciales pour lesquelles cela ne s'applique
pas: pour tout milieu désordonné spécifique - comme le cube de sucre que vous venez de mettre dans
votre café - des faisceaux lumineux adéquats peuvent être construits qui ne
sont pratiquement pas modifiés par ce milieu, mais seulement atténués. Le
faisceau lumineux pénètre dans le milieu, et un motif lumineux débouche de
l'autre côté qui conserve la même
forme comme si le milieu n'y était pas du tout.
Cette idée
de «modes de lumière invariants par diffusion» peut également être utilisée
pour examiner spécifiquement l'intérieur des objets. Les résultats ont
maintenant été publiés dans la revue Nature Photonics.
Les vagues
sur une surface d'eau turbulente peuvent prendre un nombre infini de formes
différentes - et de la même manière, les ondes lumineuses peuvent également
être produites sous d'innombrables formes différentes. «Chacun de ces modèles
d'ondes lumineuses est modifié et dévié d'une manière très spécifique lorsque
vous l'envoyez à travers un milieu désordonné», explique le professeur Stefan
Rotter de l'Institut de physique théorique de la TU Wien.
En
collaboration avec son équipe, Stefan Rotter développe des méthodes
mathématiques pour décrire ces effets de diffusion de la lumière. L'expertise pour
produire et caractériser de tels champs
de lumière complexes a été apportée par l'équipe autour du professeur Allard
Mosk de l'Université d'Utrecht. «En tant que milieu diffusant la lumière, nous
avons utilisé une couche d'oxyde de zinc, une poudre blanche opaque de
nanoparticules complètement disposées de manière aléatoire», explique Allard
Mosk, le chef du groupe de recherche expérimentale.
Tout
d'abord, vous devez caractériser cette couche avec précision. Vous faites
briller des signaux lumineux très spécifiques à travers la poudre d'oxyde de
zinc et mesurez comment ils arrivent au détecteur situé derrière elle. À partir
de là, vous pouvez alors conclure comment une autre onde est modifiée par ce
milieu - en particulier, vous pouvez calculer spécifiquement quel motif d'onde
est modifié par cette couche d'oxyde de zinc exactement comme si la diffusion
des ondes était entièrement absente dans cette couche.
"Comme
nous avons pu le montrer, il existe une classe très spéciale d'ondes lumineuses
- les modes de lumière dits invariants à la diffusion, qui produisent
exactement le même motif d'ondes au niveau du détecteur, que l'onde lumineuse
ait été ou non envoyée uniquement dans l'air. Ou s'il devait pénétrer dans la
couche compliquée d'oxyde de zinc », explique Stefan Rotter. «Dans
l'expérience, nous voyons que l'oxyde de zinc ne change en fait pas du tout la
forme de ces ondes lumineuses - elles deviennent juste un peu plus faibles dans
l'ensemble», explique Allard Mosk. Aussi spéciaux et rares que puissent être ces modes de
lumière invariants à la diffusion, avec le nombre théoriquement illimité
d'ondes lumineuses possibles, on peut encore en trouver beaucoup. Et si vous
combinez plusieurs de ces modes de lumière invariants de diffusion de la bonne
manière, vous obtenez à nouveau une forme d'onde invariante de diffusion.
«De cette façon, au moins dans certaines limites, vous êtes tout à fait libre de choisir l'image que vous souhaitez envoyer à travers l'objet sans interférence», déclare Jeroen Bosch, qui a travaillé sur l'expérience en tant que doctorant- élève. «Pour l'expérience, nous avons choisi une constellation comme exemple: la Grande Ourse. Et en effet, il a été possible de déterminer une onde invariante à la diffusion qui envoie une image de la Grande Ourse au détecteur, que l'onde lumineuse soit ou non diffusée par la couche d'oxyde de zinc ou non. Pour le détecteur, le faisceau lumineux est presque le même dans les deux cas. "
Cette
méthode de recherche de modèles de lumière qui pénètrent dans un objet en
grande partie non perturbé pourrait également être utilisée pour les procédures
d'imagerie. «Dans les hôpitaux, les rayons X sont utilisés pour regarder à
l'intérieur du corps - ils ont une longueur d'onde plus courte et peuvent donc
pénétrer notre peau. Mais la façon dont une onde lumineuse pénètre dans un
objet dépend non seulement de la longueur d'onde, mais aussi de la forme
d'onde». dit Matthias Kühmayer, qui travaille comme doctorant. étudiant en
simulation informatique de la propagation des ondes. "Si vous souhaitez
focaliser la lumière à l'intérieur d'un objet à certains points, alors notre
méthode ouvre des possibilités complètement nouvelles. Nous avons pu montrer
qu'en utilisant notre approche, la distribution de la lumière à l'intérieur de
la couche d'oxyde de zinc peut également être spécifiquement contrôlée."
Cela pourrait être intéressant pour des expériences biologiques, par exemple,
où vous souhaitez introduire de la lumière à des points très spécifiques afin
de regarder au plus profond des cellules.
Ce que la
publication conjointe des scientifiques des Pays-Bas et d'Autriche montre déjà,
c'est à quel point la coopération internationale entre la théorie et
l'expérience est importante pour réaliser des progrès dans ce domaine de
recherche.
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Optimal information about the invisible
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information: Pritam Pai et al. Scattering invariant modes of light
in complex media, Nature Photonics (2021). DOI: 10.1038/s41566-021-00789-9
Journal
information: Nature Photonics
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MON
COMMENTAIRE
Félicitations
pour ces résultats certes ….mais la
lecture de cette publication m’a laissé très insatisfait… Car bien qu’il est archi connu que toute lumière visible est soit
réfléchie soit diffractée
soit diffusée soit absorbée par un objet, massif , l’ exemple fourni sur l’ usage
des photos par R.X a un but différent …Bref je n’ arrive pas a percevoir si les auteurs voulaient montrer que toute opacité ou gène a la transparence et due à la diffusion est surmontable par leur manip a l’oxyde de zinc ou s’ ils
voulaient prendre date pour un brevet de nouveau type d’imagerie médicale !Il est trivial de rappeler qu’ il existe des milieux solides cristallisés totalement opaques aux photons visibles , même en couche fine . !!! !
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