Twist of light: Non-reciprocity in photon polarization may unlock gravity and quantum mechanics link
Torsion de la lumière : La non-réciprocité dans la polarisation des photons pourrait révéler le lien entre la gravité et la mécanique quantique
Par Florida Atlantic University
Notes de la rédaction
Station sol-satellite (A) et observateurs en orbite dans le plan équatorial d'un trou noir en rotation (B). Comme illustré en (C-E), les vecteurs d'onde des photons sont alignés sur le troisième axe local, eφ, c'est-à-dire transformés dans le référentiel standard. Pour les cas de la Terre-satellite en orbite polaire et des observateurs dans le plan équatorial du trou noir M87*, les WRA sont tracés comme en (F) et (G), respectivement. L'image originale de la Terre utilisée en A est obtenue auprès de Yeongkwang Kim. Crédit : Scientific Reports (2024). DOI : 10.1038/s41598-024-71203-x
Une équipe de physiciens a découvert une nouvelle approche surprenante pour explorer l’un des plus grands défis de la science : unir les deux théories fondamentales qui expliquent le fonctionnement de notre univers : la théorie de la gravité d’Einstein et la mécanique quantique.
Malgré des décennies d’efforts, personne n’a encore pleinement expliqué comment la gravité, qui régit les objets massifs comme les planètes et les étoiles, s’articule avec la mécanique quantique, qui décrit le comportement des plus infimes particules de l’univers. Mais les scientifiques pensent désormais que la lumière pourrait détenir la clé.
Warner A. Miller, Ph. D., co-auteur et professeur au département de physique du Charles E. Schmidt College of Science de l’Université Florida Atlantic, en collaboration avec des scientifiques de l’Université de Séoul et de l’Université nationale de Séoul, en Corée du Sud, a découvert que la polarisation de la lumière (la direction dans laquelle elle vibre lorsqu’elle se propage) peut se comporter de manière inattendue lorsqu’elle traverse un espace courbe. Normalement, cette polarisation se décale légèrement en raison de la déformation de l'espace par la gravité, un effet bien connu.
Mais l'équipe a découvert quelque chose de plus profond : en choisissant soigneusement la méthode de mesure de la lumière, ils ont pu déclencher un étrange effet appelé non-réciprocité. Les résultats de leur étude ont été publiés dans Scientific Reports.
« La non-réciprocité signifie que la lumière se comporte différemment lorsqu'elle avance et lorsqu'elle recule », explique Miller. « En d'autres termes, elle ne s'annule pas, même si elle revient sur ses pas. Cela remet en question la croyance conventionnelle selon laquelle la lumière revient toujours à son état initial après avoir parcouru une boucle fermée, surtout si sa trajectoire est influencée uniquement par la gravité. »
La clé de cette découverte réside dans l'axe de quantification, c'est-à-dire l'angle sous lequel un polariseur mesure la lumière. En ajustant cet axe, les chercheurs pourraient considérablement améliorer cet effet. En effet, le décalage de l'angle de polarisation de la lumière, appelé angle de rotation de Wigner (ARW), peut être jusqu'à dix fois supérieur à celui provoqué par la gravité seule, même dans des environnements extrêmes comme à proximité d'un trou noir.
« Nous avons trouvé un moyen d'amplifier les effets infimes de la gravité sur la polarisation de la lumière en ajustant intelligemment le système », explique Miller. « Cela nous donne un nouvel outil puissant pour étudier les liens potentiels entre gravité et mécanique quantique. »
Pour tester leurs prédictions, l'équipe propose de construire un interféromètre astronomique, un instrument extrêmement sensible composé de satellites évoluant dans l'espace. Ces satellites seraient équipés de polariseurs spécialement orientés pour détecter les décalages de polarisation amplifiés.
Ils proposent également deux conceptions spécifiques. L'une combine un dispositif Hong-Ou-Mandel avec un interféromètre de Mach-Zehnder, reconnu pour sa précision et sa capacité à filtrer le bruit. La seconde utilise une source lumineuse hautement contrôlée pour comparer les prédictions quantiques aux attentes classiques.
Ces expériences pourraient vérifier si ce nouveau comportement non réciproque révèle réellement comment les propriétés quantiques de la lumière, telles que le spin et la polarisation, interagissent avec les champs gravitationnels classiques. Il est important de noter que cet effet pourrait résulter de n'importe quel type de rotation de polarisation, et pas seulement de celles causées par la gravité, ouvrant la voie à de nouvelles expériences physiques, notamment d'éventuelles violations du principe d'équivalence d'Einstein ou à des pistes pour la gravité quantique.
« Il s'agit de bien plus qu'une nouvelle expérience : c'est une nouvelle façon de poser les questions les plus profondes de la physique », a déclaré Miller.
Bien que ces expériences soient conçues pour l'espace, les scientifiques pensent également que certains effets pourraient être testés en laboratoire, en utilisant des miroirs et des polariseurs pour simuler les conditions nécessaires. Si ces changements non réciproques dans la polarisation de la lumière sont prouvés, ils pourraient devenir un outil puissant pour explorer l'univers, aidant les scientifiques à sonder la structure de l'espace, la nature de la lumière et le lien encore mystérieux entre la gravité et la mécanique quantique.
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RESUME
Torsion de la lumière : la non-réciprocité dans la polarisation des photons pourrait révéler le lien entre la gravité et la mécanique quantique
Une équipe de physiciens a découvert une nouvelle approche surprenante pour explorer l’un des plus grands défis de la science : unir les deux théories fondamentales qui expliquent le fonctionnement de notre univers : la théorie de la gravité d’Einstein et la mécanique quantique.
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COMMENTAIRES
Voila une des choses qui m a beaucoup surpris lorsque jeune étudiant en physique universitaire j ai entendu que le plan de polarisation d une onde lumineuse ou électromagnétique changeait en se propulsant ;autrement dit la lumière se tord ou se courbe sur elle meme
en avançant ' voir figure )
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Mais par ailleurs la gravité est complètement reliée à la notion de masse qui est elle meme liée a à la notion d 'nde courbée ou '' tordue sur elle meme d orbitale quantique .....
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L'dée des auteurs de l'article de relier gravite et mecanique quantique par ces parametre de torsion,flexion ou coubure est
donc tout
a fait recevable ...Mais la théorie de l 'nde cofinée permanente et créant l 'nteraction de gravité est depuis lontemps l'objet de propositions incomplètes ou non concluantes ....::L chromodynamique quantique (QCD )
n'st pas reliée à la gravité ou a la RG
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More information: Hansol Noh et al, Non-reciprocity in photon polarization based on direction of polarizer under gravitational fields, Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-71203-x
Journal information: Scientific Reports
Provided by Florida Atlantic University
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