Lumière ralentie à 1,5 km/h

[inviteba0a4d6e]

Bonsoir à tous

J'ai lu ici http://www.cybersciences.com/cyber/3.0/n1693.asp
que la lumière avait pu être ralentie à la vitesse de 1,5 km/h grâce à un condensat Bose Einstein à une température de quelques milliardièmes au dessus du zéro absolu.

Mais la lumière, quel que soit l'élément qu'elle traverse, va toujours à la même vitesse, sauf qu'elle parcourt plus de distance pour se "frayer" un chemin pour le parcourir (plus lente dans l'air ou dans l'eau - 225 000 kms/s - par exemple, car elle a plus de "contraintes" à cause des atomes qui n'existent pas dans le vide).

Alors en quoi le condensat permet-il une telle prouesse (600 millions de fois moins vite qu'à l'ordinaire !)
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[glevesque]

Salut

La réponce se trouve dans le même article, regarde

L'expérience dirigée par Lene Vesergaard Hau, du Rowland Institute for Science et de l'Université Harvard, aux États-Unis, consistait à faire passer de la lumière dans un condensé de Bose-Einstein. Il s'agit, en fait, d'un groupe d'atomes que l'on a refroidis à une température quelques milliardièmes de degré au-dessus du zéro absolu. Dans ce milieu très froid, les atomes cessent pratiquement de bouger, s'étendent et empiètent les uns sur les autres, formant du coup une sorte de super-atome doté d'étranges propriétés.

L'une de ces propriétés consiste à ralentir la lumière. En fait, le condensé de Bose-Einstein qui vient d'être créé avait un indice de réfraction 100 000 milliards de fois plus élevé que le verre, ce qui explique que la lumière ait été ralentie à un point tel, a plaisanté la physicienne, « qu'on peut presque envoyer un rayon de lumière, aller se chercher un café et revenir à temps pour la voir ressortir de l'autre côté de l'équipement. »

La réponce est dans la densité de matière et la température cryogénique de celle-ci. Tout pour déranger la diffusion des photons.

A++

[inviteba0a4d6e]

Salut
La réponce est dans la densité de matière et la température cryogénique de celle-ci. Tout pour déranger la diffusion des photons.

Ok merci. Mais les propriétés intrinsèques des photons sont caractérisées justement par leur vitesse luminique. Quelles sont leurs propriétés à de telles vitesses basses ? (Etant donné que les photons restent éternellement "figés" à c...)

[glevesque]

Salut

La vitesse des photons ne change pas, c'est le nombre de diffusion qui est énorme !!

Pour ce qui est des propriétés intréseque des photons dans un t'elle contexte de densité de matière, cela dépasse mon niveau de compréhension.

A++

[A voir en vidéo sur Futura]

[Chip]

La réponce est dans la densité de matière et la température cryogénique de celle-ci

Les condensats de Bose-Einstein sont très peu denses : il s'agit de gaz très dilués (des milliers de fois moins denses que l'air que nous respirons).

[invite79a98872]

Mais les propriétés intrinsèques des photons sont caractérisées justement par leur vitesse luminique.

Je ne comprends pas bien ce que tu veux dire par là, mais la vitesse des photons n'est pas changée comme l'a dit glevesque.

Mais les propriétés intrisèques des photons ne me semblent pas données par leur vitesse. Je me trompe peut-être, explique nous un peu plus ce que tu voulais dire.

[inviteba0a4d6e]

Je ne comprends pas bien ce que tu veux dire par là, mais la vitesse des photons n'est pas changée comme l'a dit glevesque.

Mais les propriétés intrisèques des photons ne me semblent pas données par leur vitesse. Je me trompe peut-être, explique nous un peu plus ce que tu voulais dire.

J'avais entendu dire que la vitesse des photons restait inchangée quel que soit l'élément traversé, sauf qu'ils doivent intéragir avec les atomes de l'élement, contrairement au vide, et parcourent donc plus de distance (ils ne vont pas "directement" en ligne droite comme dans le vide) . S'ils traversent de l'eau par exemple, et atteignent une cible à 225 000 kms/s, pour le faisceau au final, la lumière est toujours allée à c... (je sais pas si je me fais bien comprendre...) mais du fait des intéractions avec les atomes de l'eau, les photons n'ont pas ralenti mais déviés au fur et à mesure de la course, pour être mesurés avec du retard...

Or, les photons n'ayant pas de masse (d'où leur potentiel de pouvoir atteindre c) parviennent à ne pas vieillir (par rapport à un observateur extérieur). Voilà ce que j'entends par leurs propriétés intrinsèques. Ce que je ne comprends, c'est comment, même à très basse température, les photons peuvent aller à 1,5 km/heure ? Quelles sont les propriétés étranges de ce condensat relatives à la lumière ?

[invite79a98872]

Pour moi ce n'est pas une propriété intrinsèque (spin, masse, ...)
Mais je vois ce qui te pose problèmes. Je peux te donner une vague image : ta vitesse est limitée disont dans les c=20 km/h donc si tu cours tout droit sur une piste tu iras à 20 km/h. Maintenant si tu cours dans une forêt très dense tu vas te cogner aux arbres qui vont dévier ta trajectoire. Donc pour traverser tes 20 km de forêt tu mettra plus d'une heure. Donc en mesurant la durée entre ton entrée et ta sortie je donnerai une vitesse qui n'est pas ta vitesse en ligne droite, bien qu'entre chaque arbre tu allais à c.

C'est pareil pour tes photons, entre chaque diffusion ils vont à 299 792 458 m/s mais pour traverser ton condensat il vont mettre plus de temps car la distance de parcours augmente considérablement. Pour résumer ils ont bien la même vitesse mais ne parcours plus une ligne droite pour traverser le matériau.

Bon j'espère que tu saisis le truc.

[inviteba0a4d6e]

Pour moi ce n'est pas une propriété intrinsèque (spin, masse, ...)
Mais je vois ce qui te pose problèmes. Je peux te donner une vague image : ta vitesse est limitée disont dans les c=20 km/h donc si tu cours tout droit sur une piste tu iras à 20 km/h. Maintenant si tu cours dans une forêt très dense tu vas te cogner aux arbres qui vont dévier ta trajectoire. Donc pour traverser tes 20 km de forêt tu mettra plus d'une heure. Donc en mesurant la durée entre ton entrée et ta sortie je donnerai une vitesse qui n'est pas ta vitesse en ligne droite, bien qu'entre chaque arbre tu allais à c.

C'est pareil pour tes photons, entre chaque diffusion ils vont à 299 792 458 m/s mais pour traverser ton condensat il vont mettre plus de temps car la distance de parcours augmente considérablement. Pour résumer ils ont bien la même vitesse mais ne parcours plus une ligne droite pour traverser le matériau.

Bon j'espère que tu saisis le truc.

Oui, c'est exactement ce que je disais avec l'exemple de l'eau... Le condensat doit être sacrément dense pour ralentir à ce point la lumière ! Si l'on pouvait regarder à travers le condensat, que verrions-nous ? D'inombrables "ricochets" à travers la matière ?

[Chip]

Le condensat doit être sacrément dense pour ralentir à ce point la lumière ! Si l'on pouvait regarder à travers le condensat, que verrions-nous ?

Un condensat est un gaz très dilué, des milliers de fois moins dense que l'air. On voit sans aucun problème à travers un condensat, c'est transparent. C'est uniquement à la longueur d'onde utilisée dans l'expérience citée au début que le condensat peut ralentir la lumière (voire même la "stocker", si on peut dire).

[glevesque]

Salut Chip

Un condensat est un gaz très dilué, des milliers de fois moins dense que l'air. On voit sans aucun problème à travers un condensat, c'est transparent. C'est uniquement à la longueur d'onde utilisée dans l'expérience citée au début que le condensat peut ralentir la lumière (voire même la "stocker", si on peut dire).

Peus-tu nous expliquer plus clairement le phénomène. SVP. Surtout en ce qui concerne le passage suivant.

C'est uniquement à la longueur d'onde utilisée dans l'expérience citée au début que le condensat peut ralentir la lumière (voire même la "stocker", si on peut dire).

Merci !
A++

[Chip]

La lumière qui est ralentie est produite avec un laser; sa fréquence est choisie précisément pour interagir avec les atomes. Si tu envoies une lumière qui n'a pas exactement cette fréquence, elle passe au travers sans "voir" les atomes. Donc si tu regardes un condensat éclairé par une lampe à incandescence... tu ne vois rien de particulier, car il n'absorbe (et ne diffuse) qu'une partie infime du rayonnement : celle qui est "résonnante" avec une transition atomique. Concernant le mécanisme même du ralentissement de la lumière, c'est assez technique. Disons que les atomes sont tout d'abord "préparés" avec un premier faisceau laser, qui modifie l'état des atomes de façon à ce que la vitesse de groupe à la longueur d'onde du second laser soit très faible. Par une manipulation analogue, une impulsion laser peut être "stockée" dans le condensat (pas sous forme lumineuse) avant d'être "relâchée".

Pour ceux qui ont du courage, voici les publications récentes du groupe de Lene Hau :
http://www.deas.harvard.edu/haulab/papers.html

[glevesque]

Salut Chip

Superbe et merci pour les explications.

PS : Je ne lit pas l'anglais, qui pourrais me résumer un peut les articles SVP ?

A++

[Cécile]

Salut,

Pour comprendre plus en détails, tu peux lire l'article intitulé "la course à la lumière lente" dans La Recherche de janvier 2004, et une interview sur le ralentissement de la lumière dans du rubis à température ambiante (système plus simple qu'un condensat de Bose Einstein) dans La Recherche de juin 2003.

Extrait :

Le premier de ces principes repose sur la physique de la propagation des ondes dans les milieux matériels. Quelle que soit la qualité d'une source lumineuse, lorsqu'elle émet une impulsion courte, celle-ci est forcément constituée d'un ensemble d'ondes de fréquences légèrement différentes. Dans un milieu où l'indice de réfraction dépend de la fréquence, ces ondes se propagent à des vitesses différentes. Elles se superposent donc et interfèrent entre elles, recomposant une impulsion que l'on nomme aussi un « paquet d'ondes » et dont la vitesse de propagation est nommée « vitesse de groupe ». Or, des calculs de propagation d'ondes * historiquement établis par les physiciens Arnold Sommerfeld et Léon Brillouin au milieu du XXe siècle * montrent que cette vitesse de groupe devient très faible lorsque l'indice de réfraction varie très fortement en fonction de la fréquence. Conclusion : pour qui veut ralentir la lumière, il faut trouver une fréquence autour de laquelle la variation de l'indice est maximale.

Une telle fréquence existe dans la plupart des milieux : on l'appelle « fréquence de résonance », et elle correspond à l'absorption totale des ondes lumineuses par les atomes du milieu. Ainsi, la fréquence la plus favorable au ralentissement de la lumière est celle à laquelle la lumière... ne se propage pas ! Comment s'affranchir de cette difficulté ?

[glevesque]

Salut

Merci Cécile pour les références...

A++

[invite6cec4988]

Serrait-il possible, en stoquant de la lumière dans un condensat, de créer des réserves d'énergie vive très denses; par exemple des piles ou même des bombes?

[invite6cec4988]

La puissance stoquée pourrait être faramineuse.
!?!

[Karibou Blanc]

La puissance stoquée pourrait être faramineuse.

Une puissance correspond a un debit d'energie lors d'un echange entre deux systemes. Donc ca n'a pas beaucoup de sens de parler de puissance stockee. C'est la quantite d'energie stockee qui est faramineuse.

KB

PS : je sais, je sais, je pinaille mais la physique necessite un minimum de rigueur tout de meme

[Bip]

Plutôt que de déviation de photons, s'il s'agissait d'absorption par les atomes résonants et de ré-émission avec un léger retard ?

[invite4e5d163c]

On peut aussi aller voir ici :
http://www.cnes.fr/html/_112_4444_.php

C'est un projet en cours qui utilise cette propriété de ralentissement... Mais qui va plus loin !

Il y a surement d'autres informations qui trainent sur ce projet, chercher à Pharao...

[invite4e5d163c]

Serrait-il possible, en stoquant de la lumière dans un condensat, de créer des réserves d'énergie vive très denses; par exemple des piles ou même des bombes?

Le problème est jsutement de stocker... conserver un condensat "en état" consomme pas mal d'énergie pour diffuser un flash de lumière... Le problème est qu'on ne capture pas une énergie qui passait par là, mais que l'on créer cet état d'énergie... donc rendement un peu nul...

Si tu stocke un baril de pétrole (c'est une belle quantité d'énergie), t'a intéret à bien le fermer, car sinon l'évaporation de fait perdre du pétrole, donc de l'énergie... Ici c'est pareil, il faut capturer cette lumière, et la conserver captive, et cela ne se fait pas avec un filet à papillon...
@+

[Chip]

On peut aussi aller voir ici :
http://www.cnes.fr/html/_112_4444_.php

C'est un projet en cours qui utilise cette propriété de ralentissement... Mais qui va plus loin !

Il y a surement d'autres informations qui trainent sur ce projet, chercher à Pharao...

Non, Pharao n'a pas de rapport avec les expériences de ralentissement de la lumière...

La puissance stoquée pourrait être faramineuse. !?!

Les énergies en jeu dans ces expériences sont minuscules... typiquement 10^-11 joules! Ça n'a rigoureusement aucun intérêt pour stocker de l'énergie.

[invite08ce61fc]

Bien lorsque tu parle d'emprisonner de la lumiere a l'interieur d'un millieu refringant on parle de reflexion total interne tout comme dans les fibres optique mais est-il vraiment possible de créer une bombe avec cette energie Jen suis pas tres certain , d'Apres moi , la seule bombe qui pourrait surpasser celle de la fusion nucleaire serait une bombe a anti-matière...

Pour en revenir au condensat , j'imagine qui est possible de calculer son indice de refraction et d'ensuite calculer son angle critique .A premiere vu j'aurais tendance a croire que l'indice de refraction serait enorme puisqu'il sa s'Agit de la vitesse de la lumiere dans le vide ( c ) / la vitesse de la lumiere dans le dioptre.

Deplus pour l'angle crintique on arriverait a un angle tres bas ou tres haut ce qui aurait soi un capacité a faire passer la lumiere tres facilement (aucune reflexion total interne )ou encore seulement de la reflexion total interne puisque sont angle crintique serait minime donc facile a depasser!

Svp si Quelqu'un si connait un peu optique Fait les calcul et redonnez-moi des nouvelles!!!

[invite4e5d163c]

[QUOTE=Chip]Non, Pharao n'a pas de rapport avec les expériences de ralentissement de la lumière...

Certes, on ne ralentit pas de la lumière, mais des atomes complets, certes. Mais le principe de captation (ralentissement) de ces atomes est assez proche (plusieurs laser les uns en face des autres sur une longueur donnée qui crée un condensat d'atomes à quasiment 0K...) donc il m'est venue l'idée d'en causer ici...
Donc...

[invite6cec4988]

Bon, alors la puissance liberée.

[invite62b7cc54]

bonjour,

en fait je voudrait bien faire mon tipe de cette annee sur le ralentissement de la lumiere. mais en ce qui concerne les experiences je ne sais pas où est-ce que je pourrais chercher, vu qu'il s'agit d'experiences que je ne pourrai pas faire dans les laboratoires de mon lycee, où est-ce que vous croyez qu'il y en a?

sinon je voudrais bien chercher une maniere de faire une modelisation informatique

est-ce que vous auriez des idees a me proposer?

je vous en remercie beaucoup d'avance

[Mct92mct]

Bonjour, je refais sortir ce sujet car j'ai deux questions à poser sur ces rayons lumineux extraordinairement ralentis...
La première est:
Est ce que le rayon laser qui ressort du condensat est toujours sous la forme d'un rayon laser à sa sortie ou est-ce simplement un cône de lumière diffusée...
Ma seconde question est posée uniquement dans le cas où ce qui ressort du condensat est effectivement un rayon laser avec les mêmes propriétés qu'il avait à l'entrée...
Dans le cas où c'est un rayon de lumière laser qui ressort du condensat peut on mesurer une chute proportionnelle au carré de son temps de passage dans le condensat, ou la gravité n'a t'elle aucun effet sur ce rayon lumineux ralenti?