Miroir magique au mur, qui a bulle parfaite et pure?

Publié le 8 mai 2023
Physique
Le professeur Ebrahim Karimi et l'ancien stagiaire postdoctoral Mohammadreza Rezaee observent un dispositif de caractérisation de l'optique quantique par sonoluminescence.
Vous avez sûrement déjà entendu parler du fameux paradoxe du chat de Schrödinger, une expérience de pensée où l’on s’imagine un chat enfermé dans une boîte avec des matériaux radioactifs, le chat étant à la fois vivant et mort.

Ce paradoxe illustre bien la nature complexe et abstraite de la physique quantique, qui étudie la physique des objets les plus petits de l’univers, comme les électrons et les photons.

Le professeur Ebrahim Karimi est un chef de file mondial dans ce domaine. Ses travaux visent à définir les caractéristiques des mondes quantique et classique et leurs différences. Son équipe a récemment fait deux découvertes : la nature quantique de la sonoluminescence à bulle unique et de la fenêtre magique plate.

La sonoluminescence désigne le phénomène par lequel une bulle unique est piégée au centre d’un liquide à l’aide d’ondes sonores, que l’on amplifie pour permettre à la bulle de prendre de l’expansion, puis d’éclater. Elle émet à ce moment-là une vive lumière bleue. La cause de ce phénomène était inconnue jusqu’à ce que le professeur Karimi et l’ancien postdoctorant Mohammadreza Rezaee résolvent l’énigme à l’aide de leur connaissance des trois types de lumière (laser, thermique et quantique), chacune composée de photons qui se comportent d’une certaine façon. « Les photons sont comme des soldats », explique le professeur Karimi. Dans la lumière laser, tous les soldats avancent en rangs serrés, dans la même direction; dans la lumière thermique, ils bougent dans tous les sens, sans tracé clair; et enfin, dans la lumière quantique, il y a une porte qui ne laisse passer qu’un seul soldat à la fois. Ce dernier comportement est observable grâce à la distribution sous-Poisson, qui a permis au professeur de découvrir que la sonoluminescence est une lumière purement quantique, c’est-à-dire que lorsqu’une bulle éclate dans un liquide, un seul photon est émis à la fois. Cette découverte pourrait mener à la création d’une source quantique à base de bulles.

La technique de la « fenêtre magique plate » remonte à une époque très ancienne, en Chine et au Japon. Ces « miroirs magiques » faits de bronze semblent tout à fait plats au premier abord; cependant, sous la lumière directe du soleil, une image cachée est projetée sur le plancher ou un écran après s’être reflétée sur la surface du miroir. Au début du 21e siècle, la science a révélé que ce phénomène était attribuable à de légères variations dans la surface du miroir. Le professeur Karimi et le doctorant Felix Hufnagel ont recréé un tel miroir, mais sous forme de fenêtre et à l’aide de cristaux liquides, composés de molécules qui agissent comme un liquide, mais peuvent aussi être disposées de manière à former des motifs. Ils ont donc réussi à créer une plaque de cristaux liquides où, plutôt que d’ajuster l’épaisseur des cristaux, ils en ont ajusté l’orientation pour obtenir l’image cachée voulue. Leur fenêtre semble tout à fait plate et transparente... jusqu’à ce qu’on l’éclaire. Cette percée contribuera au perfectionnement des techniques de projection d’images en 3D, puisque la nouvelle méthode produit des images claires peu importe la distance ou l’angle d’observation.

Le professeur Karimi a récemment obtenu une bourse Arthur-B.-McDonald du CRSNG, ce qui lui permet de consacrer plus de temps à ses recherches et de concrétiser son objectif de mettre en place l’Internet quantique au Canada.

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