Un laser qui décide de faire des siennes express
Une corde sonne parfaitement pur tant qu'un courant d'air ne la touche pas. C'est à peu près ainsi que fonctionne un laser superradiant : un faisceau d'atomes, préalablement chargés d'énergie, traverse une pièce faite de deux miroirs — le résonateur optique (un piège où la lumière rebondit d'avant en arrière). Les atomes restituent ensemble la lumière emmagasinée, et naît un faisceau à la fréquence extrêmement stable — un tel laser pourrait même servir dans des horloges atomiques. Mais les auteurs de la nouvelle étude ont découvert que cette idylle n'est pas éternelle.
Si l'on rend la durée de vie de la lumière dans le résonateur bien plus courte que la durée de vie des atomes excités, le laser bascule dans le chaos. L'intensité du faisceau cesse d'être régulière et se met à danser — tantôt elle flamboie, tantôt elle s'éteint, comme la flamme d'une bougie dans le vent. Les chercheurs ont établi une condition claire pour cette instabilité : elle apparaît lorsque les photons sortent du résonateur plus vite que les atomes n'ont le temps de « se calmer ». Dans ce régime, le laser évoque une casserole d'eau en ébullition : chauffage par le bas (les atomes), refroidissement par le haut (les pertes de lumière) — et les cellules de convection de Bénard, connues en physique de la turbulence, apparaissent ici aussi.
Mais il y a une bonne nouvelle : si les atomes sont très nombreux, le laser entre dans un régime d'auto-pulsation régulière — des éclairs rythmiques, semblables à un battement de cœur. Pour les praticiens, c'est un double avantage : on peut soit éviter la zone dangereuse et conserver une stabilité parfaite pour les horloges optiques, soit pousser délibérément le laser dans le chaos et en faire un laboratoire pour étudier la turbulence. Car ici, contrairement à un fluide, chaque photon compte, et l'on peut discerner ce qui échappe dans un courant d'eau tumultueux. Et la corde, par laquelle tout a commencé, continue de résonner — seulement sa musique peut être à la fois douce et turbulente, selon la force du courant d'air.
Dans un laser superradiant, les atomes n'émettent pas de la lumière individuellement, mais agissent ensemble — comme un orchestre sans chef, où chaque instrument entre exactement en mesure.
Dans le roman « Blindsight » de Peter Watts, le chaos dans les réseaux neuronaux des extraterrestres engendre quelque chose de semblable à l'auto-pulsation — mais au lieu d'atomes, ce sont des nœuds de conscience.