onde acoustique de surface

Dans un panier tressé japonais, des triangles et des hexagones s'assemblent en un motif que les physiciens appellent réseau kagome. Ce motif n'est pas seulement esthétique : les électrons dans un tel matériau se comportent de manière inhabituelle, car le réseau se décompose en trois groupes de nœuds, trois sous-réseaux.

Un orage dans les hautes couches de l'atmosphère dure des millionièmes de seconde. Un rayon cosmique, proton ou noyau d'hélium, frappe les molécules d'air, et tout un essaim de particules s'abat vers le bas. La plupart restent groupées, mais parfois une particule reçoit tellement d'énergie qu'elle s'élance en avant.

Sur le Soleil, il existe des régions calmes où le champ magnétique est presque invisible. Mais même là, les ondes sonores trouvent des passages pour s'élever plus haut. Ces passages sont des tubes magnétiques qui s'élargissent vers le haut, comme des entonnoirs. À l'intérieur, le son se propage plus librement.

Un vortex magnétique ressemble à un petit tourbillon dans la mer, mais au lieu de l'eau, c'est l'aimantation qui tourne. Ces vortex pourraient devenir des cellules de mémoire dans les ordinateurs du futur, mais pour écrire et lire des informations, il faut pouvoir déplacer chaque vortex individuellement.

Dans une pièce sombre, on entend à peine un murmure. Pour distinguer les mots, il faut s'approcher tout près – ou disposer de nombreux microphones sensibles.

Deux feuilles transparentes avec des cercles dessinés. Si on les superpose exactement, les cercles coïncident. Mais il suffit de tourner légèrement une feuille pour voir apparaître un nouveau motif : par endroits les cercles se resserrent, par endroits ils s'écartent. C'est à peu près ainsi que fonctionne le moiré — un motif inattendu créé par la rotation de deux structures périodiques.

Un minuscule défaut dans un cristal de diamant agit comme un microphone sensible qui capte les moindres champs magnétiques. C'est ainsi que fonctionnent les capteurs à centres azote-lacune (lorsqu'un atome d'azote et une lacune voisine forment un système quantique).

La cloche ne sonne pas sous l'impact, mais sous le frémissement éphémère de l'espace. Une onde gravitationnelle – comme une ride sur un étang – traverse un aimant massif, qui se déforme légèrement. Cette déformation peut être convertie en signal électrique.

Dans les premiers instants après le Big Bang, la transition de phase cosmique a divisé le plasma chaud en régions avec différents vides — les états d'énergie les plus bas du champ.

Sous l'eau, un faisceau lumineux s'atténue des centaines de fois plus vite que dans l'air — comme une lampe de poche dans un brouillard épais. C'est cette propriété qu'exploite le robot facteur : il repère les capteurs éparpillés sur le fond grâce à la lueur à peine visible de leurs ampoules et s'en approche au plus près.

Au cœur d'un cristal de diamant parsemé de centres NV sommeille une symphonie. Chaque défaut est comme un diapason, prêt à répondre à une onde acoustique qui passe. Mais isolément, leurs voix sont à peine audibles : le couplage spin-phonon est plus faible qu'un murmure. Il faut un maestro capable de transformer de timides oscillations en un chœur puissant.

La lumière traverse un film froissé – et en ressort légèrement modifiée. C'est à peu près ce que ressentent les ondes gravitationnelles nées dans l'Univers primordial lorsqu'elles traversent la répartition grumeleuse des galaxies et de la matière noire.

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.

Le son se propage dans un milieu à une certaine vitesse. Si le milieu se déplace plus vite, le son est entraîné par le flux, comme un brindille aspirée dans un tourbillon. Dans l'hélium superfluide — un liquide sans frottement — une rotation rapide engendre des vortex en entonnoir.

Si vous frappez un diamant, il répond par un tintement — mais le son vit à l'intérieur même sans coup. Des ondes de compression et de dilatation y courent en permanence, semblables aux rides qu'une pierre laisse sur l'eau. Sauf que ces rides sont les vibrations thermiques des atomes eux-mêmes, et on peut les détecter avec un laser.

Un écoulement turbulent près d'une paroi ressemble à une foule où chacun pousse dans sa direction. Des tourbillons naissent et se dissipent, créant des secousses chaotiques. Si l'on intègre dans la paroi un revêtement acoustique à défaut — comme un diapason qui ne sonne que sur une seule note — il ne répond qu'à une gamme étroite de fréquences.

Sous les rues des villes s'étend une toile de fibre optique — des centaines de kilomètres de fils de verre qui transportent Internet. Mais les cartes précises de cette toile sont souvent perdues ou obsolètes. Trouver un câble sous terre, c'est un peu comme chercher à tâtons un fil dans un mur sans savoir où il passe.

Une bulle de gaz dans l'eau chante fort : c'est la résonance de Minnaert. Le liquide dense empêche la bulle de se comprimer rapidement, la forçant à vibrer. Dans l'air, cet effet n'existe pas : l'air est trop léger. Mais si on habille la bulle d'une enveloppe de silicone souple, semblable à du caoutchouc, elle joue le rôle de la masse d'eau.

Un liquide sans frottement qui coule éternellement, c'est la superfluidité. L'hélium-3 ne l'acquiert qu'à des millièmes de degré au-dessus du zéro absolu. La théorie de cet état a été créée par Lev Landau et Richard Feynman.

L'Univers n'a pas commencé dans le silence, mais avec un fracas grandiose — les ondes gravitationnelles primordiales, ondulations de la trame même de l'espace-temps, portent encore l'écho de cet événement. Les astrophysiciens tentent de capter cet écho par deux méthodes complémentaires.

Des milliers de kilomètres de câbles à fibres optiques reposent au fond de l'océan. L'Internet y circule, mais ces câbles ressentent aussi les moindres vibrations de l'eau et du sol. En tendant l'oreille à un tel câble, on peut entendre le chant d'un rorqual bleu ou les tremblements de la terre à des milliers de kilomètres.

Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans le tissu de la courbure de l'espace-temps, qui se propagent depuis leur source comme les cercles à la surface de l'eau après qu'on y a jeté un caillou.

Le son à la surface d'un cristal, c'est comme des rides sur l'eau, mais qui courent sur un solide. Ces rides s'appellent des ondes acoustiques de surface : elles se déplacent cent mille fois plus lentement que la lumière, ce qui permet de les comprimer en de très courts segments et de les loger sur une puce minuscule.

Sur la table repose une figurine en plastique. Dessous, une goutte d'eau, et autour, un grillage qui empêche la goutte de s'étaler. Par le dessous, des ondes sonores inaudibles frappent la goutte, la poussent, et la figurine glisse sur la table comme une barque sur une rivière invisible. Pas de moteurs ni de fils : seulement du son et de l'eau.

La molécule de pentacène ressemble à une toupie minuscule qui peut tourner dans deux sens. Habituellement, pour inverser le sens, il faut un aimant. Mais dans ces travaux, l'aimant n'a pas été nécessaire : on a utilisé le son à la place. Un mince film de pentacène a été déposé sur une plaque de niobate de lithium.

Un tampon en caoutchouc ordinaire amortit les vibrations comme une épaisse couverture étouffe le son : plus c'est épais et lourd, mieux c'est. Les ingénieurs rêvent depuis longtemps d'un matériau léger qui « dévorerait » les oscillations aussi bien qu'un amortisseur massif.

Une corde de guitare effleurée du doigt vibre – et l'air autour d'elle transmet ce frémissement à l'oreille. L'espace-temps vibre autrement : lorsqu'une onde gravitationnelle le traverse, il s'étire et se compresse légèrement.

Imaginez une membrane tendue comme une peau de tambour. Elle capte deux signaux à la fois : les ondes gravitationnelles — la courbure de l'espace-temps — et les insaisissables particules de matière noire.

Sur une puce, les ondes sonores se propagent généralement dans toutes les directions, comme des murmures qui résonnent sous une coupole. Dans un gyroscope, cela crée un bruit qui masque la rotation. Mais une nouvelle conception force le son à circuler dans un seul sens.