Des vagues qui ignorent les obstacles express
Les vagues à la surface de l'eau se brisent généralement contre tout obstacle — une pierre, un pieu, une île. Mais que se passerait-il si l'on disposait les obstacles si astucieusement que la vague ne les remarque presque pas ? Dans cette nouvelle étude, des scientifiques ont disposé sur l'eau un motif de nombreux points, placés selon des règles mathématiques particulières, et ont envoyé des vagues à travers. Il s'est avéré que pour certaines longueurs d'onde, l'eau passe presque comme sur une surface lisse, tandis que pour d'autres, elle se diffuse brusquement.
Ce motif s'appelle un quasi-cristal de Fourier. Les cristaux ordinaires sont comme un parquet de carreaux identiques, leurs atomes se répètent à intervalles réguliers. Les quasi-cristaux sont comme une mosaïque où le motif ne se répète pas, mais reste ordonné. Dans un quasi-cristal de Fourier, l'ordre est encore plus rare : il n'y a que des points isolés dans l'espace des fréquences où les vagues se réfléchissent. Entre eux, c'est le silence. Ainsi, une vague dont la longueur ne correspond pas à ces points traverse le motif comme à travers un brouillard.
Dans l'expérience, les vagues étaient envoyées sur l'eau, où des tiges verticales étaient placées au fond — ces fameux points du motif. En faisant varier la fréquence des vagues, les scientifiques ont observé trois scénarios. À basse fréquence, la vague passait presque sans perte — transparence. À moyenne fréquence, elle ne se diffusait que dans quelques directions, comme si quelqu'un allumait des projecteurs. À haute fréquence, tout se mélangeait, comme dans une forêt dense. En mesurant les vagues, ils ont reconstitué cet ensemble rare de points dans l'espace des fréquences et ont confirmé que tout réside dans leur disposition.
Un tel motif n'est pas qu'un amusement. Si l'on parvient à contrôler les vagues à l'aide de quasi-cristaux de Fourier, on pourrait fabriquer des lentilles acoustiques qui focalisent le son en un point, ou des revêtements qui amortissent les vibrations des ponts. C'est aussi une voie vers des puces optiques où la lumière suivrait des chemins précis sans perte.
On a même trouvé des quasi-cristaux dans la météorite Khatyrka, tombée en Tchoukotka — la nature les a créés bien avant l'homme.
Dans le roman de Greg Egan, « L'Échelle de Schild », des physiciens créent un nouveau vide avec des lois différentes — les quasi-cristaux de Fourier ressemblent un peu à une tentative de redécouper l'espace lui-même.