APRIL 23,APRIL 23, 2025
It's about (space-)time: Scientists explore new dimension for light
propos de l'(espace-)temps : Des scientifiques explorent une nouvelle dimension de la lumière
Par Kirstin Werner, Université de Rostock
Le temps et l'espace repensés : Un nouveau regard sur ces anciennes dimensions en physique ouvre la voie à de nouveaux phénomènes, tels que les événements spatio-temporels topologiques, et à leurs applications technologiques. Crédit : A. Szameit/Universität Rostock
En brisant un paradigme vieux de plusieurs décennies et en repensant le rôle de la dimension temporelle en physique, des chercheurs des universités de Rostock et de Birmingham ont découvert de nouveaux éclairs lumineux qui naissent et rejoignent le néant – une magie à première vue, mais dont les racines mathématiques profondes protègent contre toutes sortes de perturbations extérieures. Leurs résultats sont maintenant publiés dans la revue Nature Photonics.
Le temps est une dimension étrange : contrairement à ses homologues spatiales, il est à sens unique, car l'horloge ne fait qu'avancer et jamais reculer. Les scientifiques sont conscients depuis longtemps des bizarreries du temps, l'astrophysicien britannique Sir Arthur Eddington évoquant cette « flèche du temps » dans ses conférences de 1927. Néanmoins, que ce soit en raison ou malgré son caractère unique, le temps, en tant que dimension de la physique, a longtemps reçu beaucoup moins d'attention que l'espace.
Récemment, cependant, les progrès rapides de la recherche sur les cristaux spatio-temporels, objets présentant des motifs répétitifs dans le temps et l'espace, ont incité à repenser le rôle du temps dans notre compréhension de la physique. De plus, cela a soulevé la question de savoir si l'unicité du temps peut être plus qu'une simple bizarrerie et conduire à de nouveaux effets utiles à des applications.
Une équipe de chercheurs des universités de Rostock et de Birmingham a relevé ce défi et fait une découverte cruciale : lors de leurs expériences, la lumière apparaît collée à un point singulier de l'espace-temps. « C'est presque biblique : au commencement, il n'y a rien. Puis la physique dit : "Que la lumière soit !", et la lumière fut effectivement là, à un instant précis du temps et de l'espace », explique le professeur Alexander Szameit de l'Université de Rostock.
Espace, temps et topologie spatio-temporelle. Crédit : Nature Photonics (2025). D
Ces éclairs lumineux fugaces, aussi brefs soient-ils, ne sont pas accidentels, mais ont de profondes racines mathématiques, explique la professeure Hannah Price de l'Université de Birmingham : « La topologie, une branche des mathématiques peut-être assez abstraite, mais fondamentale et profondément déterminante, impose ici un certain comportement physique.»
De ce fait, et en raison de la nature unidirectionnelle du temps, ces événements spatio-temporels topologiques, comme on les appelle, présentent également une robustesse unique face aux perturbations extérieures : les chercheurs ont découvert qu'ils bénéficient d'une protection inhérente contre les paramètres expérimentaux perturbés de manière aléatoire ainsi que contre la lumière parasite.
« C'est un phénomène auquel semblent sensibles tous les états de lumière connus jusqu'à présent », explique le Dr Joshua Feis de l'Université de Rostock.
Le Dr Sebastian Weidemann, également de l'Université de Rostock, ajoute : « Une telle protection est très souhaitable, car elle pourrait permettre une mise en forme robuste des ondes lumineuses dans des applications clés telles que l'imagerie, les communications ou les lasers. »
Ces résultats démontrent le potentiel qu'offre une reconsidération du rôle du temps dans l'espace-temps, en physique en général ainsi que dans son interaction avec la topologie, tant pour la science fondamentale que pour ses applications potentielles. Surtout, ils ouvrent la voie à un champ de découvertes beaucoup plus vaste, rendu possible par l'orientation des recherches vers cette nouvelle dimension.
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RESUME
Tout est question d'(espace-)temps : des scientifiques explorent une nouvelle dimension de la lumière
En brisant un paradigme vieux de plusieurs décennies et en repensant le rôle de la dimension temporelle en physique, des chercheurs des universités de Rostock et de Birmingham ont découvert de nouveaux éclairs lumineux qui naissent et rejoignent le néant – une magie à première vue, mais aux racines mathématiques profondes qui protègent contre toutes sortes de perturbations extérieures. Leurs résultats sont désormais publiés dans la revue Nature Photonics.
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COMMENTAIRES
Ce ne fut qu aprés ma thèse et mon entrée au CEA que j appris la possibilité qu offrait la mécanique quantique d admettre l apparition furtive et ultra brève de microparticule massiques ....Je suis donc tres interessé cette fois ci par la découverte de ce que j appelerai des '' éclairs'' ou des lueurs topologiques . On vera la suite de ce travail et son fondement théorique plus tard!
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More information: Joshua Feis et al, Space-time-topological events in photonic quantum walks, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01653-w
Journal information: Nature Photonics
Provided by University of Rostock
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