Qu'est-ce que la lumière ? La question est ouverte depuis la célèbre et géniale expérience de Thomas Young en 1802 qui a montré que la lumière se comportait à la fois comme une onde et comme une particule, selon qu'on la fait passer au travers d'une seule mince fente ou de deux…
Mais il restait à pouvoir véritablement observer cette dualité étrange. C'est l'exploit que vient de réussir une équipe internationale associant des scientifiques de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL, Suisse), qui ont pu capturer pour la première fois une image de la lumière se manifestant simultanément sous forme d'onde et de particule.
Ces chercheurs ont conçu une expérience permettant d'immortaliser sur image cette dualité. Pour ce faire, ils ont utilisé une impulsion laser qui est envoyée sur un minuscule nano-fil métallique. Le laser ajoute de l’énergie aux particules chargées dans le nano-fil, ce qui les fait vibrer. La lumière voyage le long du minuscule fil dans deux directions possibles. Lorsque les ondes voyageant dans des directions opposées se rencontrent, elles forment une nouvelle onde, qui paraît rester immobile. Cette onde stationnaire devient une source de lumière et rayonne le long du fil.
A ce stade de l'expérience, les scientifiques ont alors envoyé un flux d’électrons à proximité du nano-fil, en les utilisant pour photographier l’onde de lumière stationnaire. En utilisant un microscope ultrarapide pour photographier l’endroit où ce changement de vitesse avait lieu, les scientifiques ont alors pu visualiser l’onde stationnaire, qui signe la nature ondulatoire de la lumière.
Mais lorsque les électrons passent à proximité de l’onde stationnaire, ils rencontrent les particules de lumière, les photons, ce qui modifie leur vitesse. Ce changement de vitesse apparaît comme un échange de "paquets" d’énergie (quanta) entre les électrons et montre ainsi que la lumière se comporte également comme une particule.
"Cette expérience démontre pour la toute première fois que l’on peut filmer directement la mécanique quantique - et sa nature paradoxale", explique Fabrizio Carbone, qui a dirigé l'étude.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
