indice de réfraction

Chaque seconde, des milliers d'avions de ligne dans le ciel émettent des signaux radio – c'est ainsi que les contrôleurs aériens voient où se trouve chaque appareil. Ces signaux ne se propagent pas en ligne droite : l'air, selon son humidité, les courbe comme une lentille.

Lorsque la lumière frappe du plastique ordinaire, elle se réfléchit partiellement, comme un reflet sur une fenêtre. Pour éliminer ces reflets, on applique sur la surface un revêtement spécial composé de minuscules structures qui suppriment la réflexion.

À 359,8 K (environ 87 °C), une substance composée de molécules courbées en forme de banane passe dans une phase cristal liquide où les molécules s'assemblent en couches.

Un faisceau laser ressemble à un tourbillon rapide qui capture un instant un électron qui passe. Pendant que la particule traverse l'impulsion, son spin (la rotation propre, comme celle d'une petite toupie) subit une faible poussée.

Par grand froid — moins 268 degrés — une couche cristalline de pérovskite commence à transmettre la lumière différemment selon sa polarisation. Le faisceau semble se dédoubler : une partie va un peu plus vite, l'autre un peu plus lentement.

Un panneau intelligent pour contrôler les ondes radio qui se déplacent à la vitesse de la lumière fonctionne comme un orchestre : des centaines d'éléments miniatures, véritables « instruments », modifient leur phase (le moment où ils entrent en jeu) sur commande via une tension.

La bobine de Tesla crépite, et un faisceau lumineux commence à tourner autour d'elle. Le milieu qu'il traverse est encore stable — mais le champ augmente, et la rotation s'intensifie. Ce n'est pas un tour de magie, mais le comportement de matériaux particuliers : ils couplent électricité et magnétisme.

Chaque mois, les satellites mesurent la température et l'humidité au-dessus de différentes régions du globe. En 24 ans, des milliers de paires de mesures se sont accumulées. En général, température et humidité évoluent de concert : quand il fait plus chaud, l'air absorbe plus d'eau ; quand il fait plus froid, il en libère.

Dans la substance blanche du cerveau, le signal circule le long des axones – de longs prolongements de neurones enveloppés dans une gaine de myéline isolante. L'eau remplit l'espace à l'intérieur des axones et à l'extérieur, dans les interstices étroits entre les fibres.

Lancez une balle presque parallèlement à un mur : elle glissera le long de celui-ci avant de rebondir. Il en va de même pour un faisceau lumineux : lors d'une réflexion sous un angle rasant, il se déplace de quelques micromètres. Ce décalage de Goos-Hänchen a longtemps été considéré comme un simple paradoxe amusant.

Un détecteur ordinaire de photométrie ne fait pas la différence entre un photon venant de gauche et un autre venant de droite. Mais dès qu'il se met en mouvement, tout change. Imaginez un batelier qui rame entre deux joueurs de flûte jouant la même note.

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.

Un régiment de soldats défile sur la place d'armes. Tant que chacun suit le pas, le mouvement reste net et coordonné. Mais dès que quelqu'un casse le rythme, la cohésion se perd. Dans le monde microscopique, les électrons jouent ce rôle de troupe : lorsque leurs oscillations sont synchrones, la matière émet une raie fine et nette.

Dans un cristal de diamant, on trouve parfois des « invités » — des atomes isolés d'autres éléments qui ont pris la place du carbone. L'un de ces invités, un atome d'étain, émet une lumière d'une couleur bien précise lorsqu'on l'irradie avec un laser. Cette couleur change si l'on comprime le diamant. Des physiciens ont calculé exactement de combien.

La lumière émise par de fines couches de semi-conducteurs peut être polarisée : ses ondes oscillent dans un même plan. On pensait auparavant que la direction des oscillations était imposée par l'éclairage de l'échantillon.

Un fil de cuivre frappé par un laser, c'est une cuisine où le chef allume la cuisinière tout en surveillant le chronomètre. Les atomes de cuivre se mettent à danser, perdant l'ordre du réseau cristallin, et les électrons, comme des serveurs dans la salle, ressentent immédiatement le changement. Mais combien de désordre faut-il pour qu'ils le remarquent ?

La lumière peut transporter l'information plus vite que n'importe quelle électronique. Mais habituellement, entre l'ordinateur et le laser se trouve un convertisseur numérique-analogique, un dispositif qui transforme les zéros et les uns en signaux électriques. C'est lui qui ralentit tout le processus. Le nouvel émetteur se passe de cet intermédiaire.

Une goutte d'eau sur une feuille sous le soleil disparaît plus vite que ne le prévoient les calculs thermiques. Il y a quelques années, une hypothèse a émergé : la lumière, par elle-même, sans chauffer, pourrait arracher les molécules d'eau de la surface. On a appelé cela l'effet photomoléculaire.

Les astronomes mesurent les distances dans l'Univers grâce aux explosions d'étoiles particulières : les supernovae de type Ia. Ces éclats ont toujours presque la même luminosité, comme des ampoules de puissance connue. En sachant combien de lumière nous est parvenue, on peut calculer à quelle distance l'explosion s'est produite.

Une casserole d'eau chauffée par le bas est un exemple simple de turbulence. Le liquide chaud monte, le froid descend, et l'écoulement se divise spontanément en cellules de convection qui ressemblent à des rouleaux horizontaux.

Une caméra qui ne capture pas la lumière mais un flux d'électrons réfléchis par un cristal, c'est un détecteur hybride à pixels. Il sait compter chaque électron qui l'atteint, en ne générant presque aucun bruit propre. En mode normal, lorsque le faisceau d'électrons s'écoule en continu, le détecteur fonctionne parfaitement.

Un thermos rempli de xénon liquide, refroidi à moins cent degrés. À l'intérieur, des capteurs sensibles qui détectent de rares signaux de particules de matière noire. Pour faire sortir ces signaux, on utilise généralement des câbles en cuivre.

Dans les nuages froids de gaz et de poussière, où s'allumeront un jour des étoiles, une partie des atomes a perdu des électrons et s'est chargée électriquement. Les particules chargées ressentent le champ magnétique, contrairement aux particules neutres, si bien que les unes glissent à travers les autres, comme l'eau à travers un tamis.

Le faisceau d'une lampe de poche dans le brouillard s'étale déjà après quelques mètres. Les particules de lumière se dispersent dans toutes les directions, comme une foule sur une place. Mais parfois, elles peuvent marcher en formation, sans se disperser ni se mélanger. C'est une telle marche qui a été obtenue dans un minuscule cristal de pérovskite. Le cristal a été placé entre deux miroirs.

La lumière qui traverse une fibre optique ressemble à un coureur dans un couloir étroit : il peut courir droit ou zigzaguer d'un côté à l'autre. La direction de ces « zigzags » est la polarisation.

L'équation de diffusion est une photo floue d'une foule de particules : sur ce cliché, la perturbation se propage instantanément dans tout l'Univers, défiant la théorie de la relativité. Le mystère s'épaissit avec son lien avec l'augmentation de l'entropie (mesure du désordre).

La lumière est piégée dans une minuscule cavité et tourne en rond, comme une bille dans une rainure. Si l'on modifie légèrement le matériau à l'intérieur, la lumière le ressent immédiatement et émet un signal. En général, ces capteurs fonctionnent comme une balance à ressort : plus la pression est forte, plus le déplacement est visible.

La lumière, en traversant une vitre, se réfracte de la même manière dans toutes les directions. Mais dans les cristaux en couches minces, c'est différent : la lumière qui se propage le long des couches perçoit le matériau autrement que celle qui les traverse.

Une bille microscopique de gel ou une minuscule goutte d'huile se faufile dans un canal étroit dont les parois se compriment et se relâchent rythmiquement. La particule s'aplatit puis reprend sa forme — et selon la rapidité avec laquelle elle le fait, on peut connaître son élasticité interne et sa viscosité.

L'oxyde de vanadium est un matériau qui peut être soit isolant (ne conduisant pas le courant), soit conducteur comme un métal. La bascule prend des trillionièmes de seconde, et l'on souhaite construire des dispositifs électroniques ultrarapides sur cette base. Mais comment cela se produit-il exactement ? Cela est resté longtemps une énigme.

Une caméra sur trépied filme le même paysage pendant des décennies. Si on ne touche pas à l'objectif, les images finissent par devenir floues : le paysage change, mais la mise au point reste figée. C'est à peu près ainsi que fonctionnent les normes climatiques. Selon les règles de l'Organisation météorologique mondiale, elles sont calculées comme la moyenne des 30 dernières années.