En 1999, des physiciens du Rowland Institute et de Harvard ont réduit la vitesse de la lumière à 61 km/h. Pas une métaphore, pas une approximation poétique : l’équipe de Lene Hau a envoyé des lasers à travers un nuage d’atomes de sodium ultra-froids, connus sous le nom de condensat de Bose-Einstein, réduisant la lumière de ses 299 792 km/s habituels à seulement 61 km/h. Ma première réaction en lisant ça : mais qu’est-ce que ça change pour ma box internet ? La réponse m’a complètement pris de court.
À retenir
- Des atomes gelés à -273°C peuvent piéger et ralentir la lumière à seulement 61 km/h, transformant l’un des éléments les plus fondamentaux de l’univers
- Votre box internet ne bénéficie pas de ces découvertes, mais pas pour la raison qu’on pourrait croire
- Le vrai pouvoir réside dans la capacité à stocker et transformer les photons en matière, ouvrant des portes à l’informatique quantique et aux communications sécurisées
Un piège à lumière fait d’atomes gelés
Pour comprendre le truc, il faut d’abord saisir comment on freine quelque chose d’aussi rapide qu’un photon. Les scientifiques ont utilisé un nuage d’atomes de sodium refroidi jusqu’à former un condensat de Bose-Einstein, puis envoyé des impulsions laser sur ce nuage. Le résultat est assez dingue : ces condensats ont une viscosité nulle, ce qui leur permet de s’écouler sans friction, et peuvent piéger la lumière, agissant comme une « mélasse quantique » où les photons sont capturés dans un filet d’atomes.
Ce qu’on appelle condensat de Bose-Einstein, c’est un état de la matière prédit en 1925 par Einstein lui-même. À une température suffisamment basse, un grand nombre de particules occupent un unique état quantique de plus basse énergie, ce qui donne à cet ensemble des propriétés absolument spécifiques. Concrètement : il s’agit d’un groupe d’atomes refroidis à quelques milliardièmes de degré au-dessus du zéro absolu, dans lesquels les atomes cessent pratiquement de bouger, s’étendent et empiètent les uns sur les autres, formant une sorte de super-atome. L’humour de Lene Hau elle-même sur le sujet vaut son pesant d’or : le condensat qu’elle avait créé affichait un indice de réfraction 100 000 milliards de fois plus élevé que le verre, ce qui lui a permis de plaisanter « qu’on peut presque envoyer un rayon de lumière, aller se chercher un café et revenir à temps pour la voir ressortir ».
Et ce n’était qu’un début. Une physicienne danoise a ensuite établi un nouveau record, ralentissant la lumière à 1,5 km/h, battant le précédent record de 61 km/h enregistré un an plus tôt par la même équipe. En 2001, Hau et son équipe ont même décrit comment ils avaient envoyé une impulsion lumineuse dans un condensat de Bose-Einstein, stoppé la lumière, l’avaient stockée pendant une fraction de seconde, puis relâchée. Arrêter la lumière. Stocker un photon comme on mettrait une vidéo en pause. On est clairement dans le territoire de la physique qui donne le vertige.
Ce que ça ne change pas pour ta box (et pourquoi c’est là que ça devient intéressant)
Ma question initiale, celle sur internet, mérite une réponse directe. Non, ralentir la lumière en labo n’a rien changé à ta connexion fibre. Mais la raison est surprenante, parce qu’elle révèle un mensonge doux qu’on nous répète depuis des années. La fibre optique ne transporte pas la lumière à 300 000 km/s. Loin de là. La notion de vitesse du signal dans une fibre est distincte de celle de débit, une confusion largement répandue dans la presse : la vitesse du signal se situe à environ 70 à 75 % de la vitesse de la lumière dans le vide.
la lumière dans ton câble fibre tourne à environ 200 000 km/s, pas 300 000. Ta box ralentit déjà la lumière, juste avec du verre plutôt qu’avec du sodium congelé. Certaines fibres expérimentales creuses atteignent des vitesses proches de 99 % de la vitesse de la lumière, mais sur les transmissions à grande distance, la vitesse est ralentie par la présence de nombreux répéteurs nécessaires pour remettre en forme le signal. La latence entre Paris et Nouméa par câble sous-marin ? La latence théorique d’une liaison informatique Nouméa-Paris est de 90 ms, mais on la mesure en pratique à 280 ms. La physique est une chose, l’infrastructure en est une autre.
Les chercheurs de l’Université de Southampton ont d’ailleurs poussé cette logique à l’extrême en créant des fibres à cœur creux remplies d’air plutôt que de verre. Ces fibres permettent des signaux se propageant à 99,7 % de la vitesse de la lumière dans le vide, et en combinant différentes techniques de multiplexage, elles peuvent transmettre 73,7 Tbps avec des latences sensiblement inférieures à celles pratiquées actuellement. Pas de sodium à -273°C nécessaire.
Où ça devient franchement utile : le stockage d’information par la lumière
Le vrai intérêt de ces expériences de lumière ralentie ne concerne pas la vitesse d’internet, mais ce qu’on peut faire quand la lumière s’arrête. En utilisant la lumière ralentie pour stocker et traiter l’information, il pourrait être possible de développer des ordinateurs capables d’effectuer des calculs bien au-delà des capacités actuelles, et de créer des mémoires optiques ultra-rapides ou des systèmes de communication sécurisés.
Le grand verrou de l’informatique quantique aujourd’hui, c’est la transmission et le stockage de qubits, ces unités d’information quantique qu’on ne peut pas simplement copier-coller comme un fichier. En 2007, l’équipe de Hau a réussi à convertir une impulsion lumineuse en onde de matière en la faisant passer à travers un condensat de Bose-Einstein, puis à la reconvertir en lumière en la faisant passer à travers un second condensat. Traduit sans jargon : ils ont transformé de la lumière en matière, puis reconverti cette matière en lumière. C’est exactement le type d’opération dont les réseaux quantiques ont besoin pour transporter des informations sans les détruire.
En étudiant le comportement de la lumière dans les condensats de Bose-Einstein, les chercheurs espèrent mieux comprendre les lois de la physique quantique et les interactions entre matière et lumière, ouvrant des perspectives pour la recherche fondamentale et les applications technologiques. Ce type de contrôle quantique pourrait aussi trouver des applications dans les domaines en développement du traitement de l’information quantique et de la cryptographie quantique.
Si la lumière ralentissait vraiment dans l’univers entier
La question un peu folle mérite qu’on s’y arrête deux secondes. Parce que ralentir la lumière dans un condensat de Bose-Einstein, c’est jouer sur l’indice de réfraction d’un milieu. Ralentir la lumière dans un milieu comme de l’eau ou un condensat de Bose-Einstein est une chose. Réduire la constante c serait une autre affaire, une manipulation des fondements mêmes de la réalité physique.
L’équation la plus célèbre de la physique, E = mc², dit que l’énergie d’un objet est égale à sa masse multipliée par le carré de la vitesse de la lumière. Si c diminuait considérablement, l’énergie disponible dans l’univers s’effondrerait dans la même proportion. Le Soleil s’éteindrait. Les liaisons atomiques s’effondreraient. Les étoiles n’existeraient probablement plus sous leur forme actuelle. La dilatation temporelle est au cœur du problème : plus un objet se rapproche de la vitesse de la lumière, plus le temps ralentit pour lui. Si la vitesse de la lumière était réduite à quelques dizaines de kilomètres par heure, un simple jogging deviendrait une aventure relativiste.
Le MIT a d’ailleurs pris ça au sérieux comme outil pédagogique : le MIT a créé un jeu vidéo pour simuler les effets d’une lumière quasi immobile. Voir en temps réel ce que ça changerait de marcher à une vitesse relativiste : les couleurs qui se décalent, les objets qui semblent pivoter. C’est l’effet Terrell-Penrose, observable en laboratoire depuis que des chercheurs ont réussi à photographier la relativité sur un cube. En ralentissant la lumière, des chercheurs ont reproduit ce phénomène en laboratoire : sur la photo, un cube paraît tourner alors qu’il reste immobile, une illusion créée par la physique, les photons de l’arrière du cube mettant plus de temps à nous atteindre que ceux de l’avant.
Ce qui rend ces expériences encore plus remarquables, c’est qu’elles ont été initialement rejetées par leurs financeurs. La National Science Foundation avait refusé des fonds à Lene Hau au motif qu’elle était théoricienne et que de telles expériences lui seraient « trop difficiles ». Non découragée, elle a trouvé un financement alternatif et est devenue l’une des premières à créer un condensat de Bose-Einstein. Ce qui montre, à sa façon, que la lumière n’est pas la seule chose qu’on peut freiner arbitrairement.
Sources : sciencepost.fr | sciencepost.fr