En simulant l’interaction entre trois puissants lasers dans le vide, des physiciens ont confirmé qu’ils provoquaient un rebond de photons et généraient un quatrième faisceau, un phénomène surnommé "lumière provenant de l’obscurité", prédit de longue date par l’électrodynamique quantique. L’interaction modifierait le vide quantique au point que les photons se heurtent entre eux, tels des boules de billard, concentrant ainsi un rayon supplémentaire. L’une des prédictions majeures de l’électrodynamique quantique concerne la nature du vide. Là où la physique classique le considère comme un espace véritablement vide, la physique quantique démontre qu’il est traversé en permanence par des fluctuations d’énergie, d’où naissent brièvement des paires de particules virtuelles, électron et positon.
Ces particules apparaissent et disparaissent spontanément selon les conditions physiques locales, un processus connu sous le nom de "modification du vide quantique". La propagation d’impulsions laser ou de champs électromagnétiques de forte intensité dans le vide provoque alors des altérations mesurables de ce dernier, en interagissant avec les particules virtuelles. Des théoriciens ont avancé l’idée que cette modification pourrait donner lieu à la formation d’un faisceau lumineux inédit — d’où le surnom informel et poétique de "lumière provenant de l’obscurité". Plus précisément, l’interaction entre plusieurs faisceaux lasers, à condition qu’ils soient suffisamment puissants, pourrait faire émerger un quatrième rayon issu du vide lui-même. Une hypothèse restée jusqu’ici difficile à vérifier expérimentalement, faute d’équipements laser capables de produire de telles intensités.
Des chercheurs de l’Université d’Oxford, au Royaume-Uni, et de l’Université de Lisbonne, au Portugal, ont contourné cet obstacle en recourant à une simulation numérique avancée, modélisant le phénomène en temps réel et en trois dimensions. « Il ne s’agit pas seulement d’une curiosité académique – c’est une étape majeure vers la confirmation expérimentale des effets quantiques, jusqu’à présent cantonnés au domaine théorique », souligne dans un communiqué de l’Université d’Oxford Peter Norreys, professeur au Département de physique de l’université et coauteur de l’étude. L’expérience modélisée par l’équipe, détaillée dans la revue Communications Physics, repose sur le phénomène dit de "mélange à quatre ondes dans le vide". L’hypothèse postule que le champ électromagnétique conjugué de trois impulsions laser focalisées et d’intensité élevée peut polariser les paires électron-positon présentes dans le vide. Cela provoque la collision des photons entre eux, entraînant la formation d’un quatrième faisceau laser.
« Notre programme informatique nous offre une fenêtre 3D résolue dans le temps sur les interactions du vide quantique, jusqu’alors inaccessibles », explique Zixin Zhang, doctorant au Département de physique de l’Université d’Oxford et auteur principal de l’étude. D’après lui, ce logiciel permettrait d’identifier avec précision les signatures quantiques générées, les lieux d’interaction et les échelles temporelles pertinentes.
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