interférence

Un projecteur dont la largeur du faisceau varie balaie le rivage. Sa lumière, ce sont les longues vagues océaniques qui naissent dans la zone de déferlement et se propagent dans les deux directions : vers la plage et vers le large.

Deux cordes sont tendues côte à côte : l'une épaisse et sourde, l'autre fine et claire. Si l'on pince la corde épaisse, le son produit est flou, sans hauteur nette. La corde fine, elle, répond par un ton pur. Mais si on les relie, un effet inattendu apparaît : dans le spectre, une chute brutale se dessine, comme si quelqu'un coupait le son sur une note précise.

La couronne solaire est l'atmosphère externe du Soleil, chauffée à des millions de degrés. Comment elle se réchauffe n'est pas encore totalement élucidé. L'un des candidats est les ondes de torsion : elles tordent les lignes de champ magnétique, comme si vous tordiez un élastique.

Deux cailloux tombent dans l'eau à une certaine distance l'un de l'autre. Les vagues qu'ils créent courent l'une vers l'autre et, à certains endroits, s'annulent — l'eau redevient lisse, alors que chaque caillou, pris séparément, aurait produit des ondulations.

Une pierre tombe dans un étang, et des cercles se propagent à la surface de l'eau. De la même manière, les corps massifs engendrent des ondes gravitationnelles, mais c'est l'espace lui-même qui oscille. Jusqu'à présent, ces ondes étaient captées par d'immenses détecteurs : ils frémissent légèrement lorsqu'une onde les traverse.

Le graphène, une feuille de carbone d'un atome d'épaisseur, se comporte comme la surface d'une eau calme — jusqu'à ce que la supraconductivité apparaisse. Alors, telles des ondulations provoquées par une pierre jetée, des vagues inhabituelles se propagent : des paires d'électrons se déplacent sans frottement.

Le plasma n'est pas simplement un gaz chaud, mais tout un orchestre de particules chargées où chaque groupe joue sa partition. Les ions lourds (atomes ayant perdu des électrons) donnent le rythme lent, tandis que les électrons légers se précipitent dix mille fois plus vite.

Dans les premiers instants après le Big Bang, l'Univers a connu une expansion fulgurante — l'inflation — qui a gonflé les fluctuations quantiques jusqu'à des échelles visibles aujourd'hui dans le Fond diffus cosmologique.

En 1915, Albert Einstein et Wander Johannes de Haas ont montré que lorsqu'on aimante une barre de fer, celle-ci tourne légèrement — le moment angulaire des électrons est transmis au réseau cristallin.

Les signaux radio dans une pièce se comportent comme le son dans une salle de concert : en se réfléchissant sur les murs et les objets, ils créent une empreinte unique — la mélodie silencieuse de chaque lieu. Le téléphone, telle une oreille attentive, capte cette mélodie dans le bruit et les distorsions. Il mémorise quel accord correspond au coin du canapé, et lequel à l'embrasure de la porte.

Un faisceau de lumière entre dans un verre trouble et s'éteint — c'est courant. Mais les physiciens savent depuis longtemps faire passer la lumière à travers sans perdre un seul photon. Cette astuce s'appelle la transparence électromagnétiquement induite : deux ondes lumineuses s'annulent mutuellement au bon endroit, et l'absorption disparaît.

Le graphène, ce cristal de carbone bidimensionnel, a longtemps fait rêver les physiciens d'une supraconductivité à haute température. Ses électrons obéissent à l'équation relativiste de Paul Dirac, filent à une vitesse prodigieuse, presque sans se soucier les uns des autres.

Dans les premiers instants qui ont suivi le Big Bang, l'Univers n'était pas un vide silencieux, mais un chaudron bouillonnant de plasma, parcouru d'ondes sonores. Lorsque la température a baissé, le cosmos a connu des transitions de phase – des réorganisations spontanées qui ont fait naître des bulles de nouvelle phase.

Quelques instants avant une éclipse totale, de rapides bandes d'ombre glissent sur le sol, comme des rides à la surface de l'eau. Ce phénomène a défié les scientifiques pendant des siècles. Il s'avère que tout est une question de nature ondulatoire de la lumière. Le Soleil n'est pas une lampe ponctuelle, mais un disque immense.

Des scientifiques ont fait en sorte que des ondes électromagnétiques se perdent à jamais dans un labyrinthe tridimensionnel de particules métalliques. Jusqu'à présent, cela n'avait été réalisé que pour le son ou les électrons. L'entropie — mesure du désordre — a joué ici le rôle d'un cul-de-sac : les ondes se superposaient et s'annulaient mutuellement, perdant leur direction.

Jetez deux cailloux dans un étang en même temps : les ondulations se propagent de manière régulière et coordonnée. C'est le principe de l'interféromètre quantique : on divise une particule en deux ondes qui suivent des chemins différents puis se rejoignent. Idéalement, leurs crêtes coïncident.

Une pierre tombe dans un étang et des cercles se propagent à la surface de l'eau. Si ces cercles rencontrent une branche émergée, une partie de l'ondulation se réfléchit, une autre contourne l'obstacle.

Un caillou jeté dans un étang fait naître des ronds qui s'étendent dans toutes les directions. Imaginez maintenant que l'étang lui-même se transforme soudain en gelée, et ce, instantanément, plus vite que la vague n'a le temps de former une seule crête.

La lumière du soleil frappe une plaquette de silicium – et un courant apparaît dans le circuit. C'est le fonctionnement habituel d'une cellule photovoltaïque : la lumière arrache des électrons, et la jonction p-n (la frontière entre deux couches de conductivités différentes) les force à se déplacer dans une même direction.

Jetez une pierre dans un étang — des ondulations se propagent à la surface. Si vous jetez deux pierres côte à côte, les ondulations se croisent, créant un motif de vagues renforcées et annulées. C'est l'interférence.

Deux pendules presque identiques sont lancés simultanément. L'un s'amortit rapidement, l'autre oscille longtemps. À un moment donné, leurs mouvements se superposent — et dans le tableau d'ensemble apparaît un léger décalage, invisible séparément.

Une pierre tombe dans un étang — et des cercles se propagent à la surface. Mais si la pierre est très petite et que l'eau n'est pas tout à fait ordinaire, les cercles la traversent sans même la remarquer.

Les détecteurs d'ondes gravitationnelles fonctionnent comme des microphones ultra-sensibles, captant les frémissements de l'espace provoqués par de lointaines catastrophes cosmiques.

Une pierre tombe dans un étang – les cercles s'éloignent et disparaissent. Mais dans un canal étroit, une vague peut parfois se rassembler en une bosse et rouler, sans changer de forme, kilomètre après kilomètre. Ces ondes solitaires tenaces sont appelées solitons. Et si la crête n'est pas lisse mais pointue, comme un ressort comprimé à l'extrême, c'est un picon.

Un caillou tombe dans un étang — et des cercles réguliers se propagent à la surface de l'eau. Mais le fond de l'étang est jonché de petits morceaux de verre invisibles : chacun retarde légèrement l'onde, la disperse par endroits, ou en modifie le pas.

Une plaque de platine dans une chambre remplie d'un gaz raréfié — et des vagues courent à sa surface. Pas des vagues d'eau, mais des vagues chimiques : des zones où la surface est couverte d'oxygène alternent avec des zones où se fixe le monoxyde de carbone.

Un nageur qui fend l'eau à la vitesse des vagues qui courent à sa surface se retrouve dans une situation étrange : les vagues qu'il crée lui-même ne peuvent ni le dépasser ni rester en arrière. Elles s'accumulent à la proue du nageur et se figent.

Un minuscule pont de diamant vibre si fort qu'il se met à « chanter » sur de nombreuses fréquences à la fois. Auparavant, de telles oscillations se freinaient d'elles-mêmes : plus le résonateur s'agitait, plus il était difficile de lui ajouter de l'énergie. Les physiciens ont trouvé une faille dans cette règle.

En général, le courant électrique est identique dans les deux sens, comme l'eau dans un tuyau droit. Mais à la frontière entre un métal ordinaire et un supraconducteur, cette règle est brisée. Deux vagues sur l'eau, contournant un obstacle large par des côtés opposés, peuvent arriver avec des retards différents et se rencontrer « en décalage ».

Les cils sont de minuscules poils à la surface des cellules. Ils battent comme des rames et déplacent le liquide. Dans les poumons, ils expulsent la poussière et les microbes vers l'extérieur. Mais leur longueur varie : chez l'humain, ils mesurent des millièmes de millimètre ; chez les cténophores, plusieurs millimètres.

Deux minuscules émetteurs, chacun de la taille d'un atome, peuvent ensemble accomplir ce qu'ils ne pourraient pas faire séparément. Il s'agit de la diffusion de la lumière — lorsque la lumière frappe des particules et se disperse dans toutes les directions. En général, une paire de particules ne diffuse la lumière que légèrement plus qu'une seule.

La lumière blanche ordinaire est un mélange de toutes les couleurs à la fois, comme le bruit d'une foule où chacun parle à sa fréquence. Les scientifiques, eux, ont besoin d'une lumière où les fréquences sont alignées avec précision, comme les touches d'un piano où chaque note sonne séparément et exactement.

Dans une petite boîte en cuivre, de la taille d'une boîte d'allumettes, vivent des ondes magnétiques. Elles naissent dans un minuscule cristal de grenat de fer et d'yttrium lorsqu'on y envoie des ondes radio. Deux ondes de caractères différents – l'une rapide, l'autre lente – ne se remarquent généralement pas.

Si l'on comprime une plaque avec des cellules en accordéon, une onde de pli la parcourt — comme un pli qui se propage sur un tapis quand on le pousse du pied. Ces ondes savent faire basculer le matériau entre deux formes stables, et c'est sur ce principe que l'on construit la mémoire mécanique. Mais si un pied de table se trouve sur le chemin du pli, celui-ci se coince.

Un supraconducteur ordinaire perd sa résistance lorsqu'on le refroidit, et le courant y circule sans pertes. Mais dans les films ultraminces, tout est différent : le matériau oscille entre l'état normal et l'état supraconducteur, et dans cet intervalle apparaissent d'étranges vagues de résistance.

Jetez une poignée de cailloux dans un étang : les cercles qui se propagent se croisent, créant des remous et des accalmies. C'est à peu près ce que font les ondes gravitationnelles, prédites par Einstein. Seulement, ce n'est pas l'eau qui oscille, mais l'espace-temps lui-même.

L'onde de choc frappe la surface, qui se plisse comme un tapis qu'on aurait froissé d'un coup sec. Ces plis s'amplifient, s'enroulent en tourbillons et mélangent tout autour. En fusion nucléaire, ce mélange est un vrai fléau : le combustible ne se comprime pas uniformément et la réaction s'étouffe.

Le radiotélescope capte un signal de la nébuleuse du Crabe — et sur l'écran, au lieu d'une ligne régulière, apparaissent des bandes claires et sombres, comme sur la peau d'un zèbre. C'est l'émission du pulsar, une étoile à neutrons en rotation rapide, vestige d'une explosion de supernova.

Si l'on jette une pierre dans un étang, des cercles se propagent à la surface. Dans un minuscule cristal magnétique, il y a aussi des ondes — mais ce n'est pas l'eau qui oscille, c'est la direction de l'aimantation. Ces ondes sont appelées ondes de spin. Elles parcourent le cristal comme des rides à la surface et peuvent transporter de l'information.

Dans un nuage ultra-froid, les atomes de potassium se comportent comme des ondes qui peuvent se superposer et s'amplifier mutuellement — un peu comme les ondes sonores dans un instrument de musique créent un accord puissant.