En brisant un paradigme vieux de plusieurs décennies et en repensant le rôle que la dimension du temps joue en physique, des chercheurs de l'Université de Rostock et de l'Université de Birmingham ont découvert de nouveaux éclairs de lumière qui proviennent et viennent dans le néant – comme la magie à première vue, mais avec des racines mathématiques profondes qui protègent contre toutes les sortes de perturbations extérieures. Leurs résultats ont maintenant été publiés dans la revue Photonique de la nature.
Le temps est l'étrange dimension: contrairement à ses frères et sœurs spatiaux, c'est une rue à sens unique car l'horloge ne fait que tourner vers l'avant et jamais en arrière. Les scientifiques connaissaient depuis longtemps les bizarreries de Time, avec l'astrophysicien britannique Sir Arthur Eddington réfléchissant à cette « flèche de temps » dans ses conférences de 1927. Néanmoins, que ce soit à cause de ou malgré son caractère unique, le temps en tant que dimension pour que la physique se joue a longtemps reçu beaucoup moins d'attention que l'espace.
Récemment, cependant, des progrès rapides dans la recherche sur les cristaux dits spatio-temporels, objets avec des modèles répétitifs dans le temps et l'espace, ont inspiré une repensation du temps de rôle dans notre compréhension de la physique. De plus, cela a engendré la question de savoir si l'unicité du temps peut être plus qu'une simple bizarrerie et entraîner plutôt de nouveaux effets utiles dans les applications.
Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Université de Rostock et de l'Université de Birmingham a relevé ce défi et fait une découverte cruciale: dans leurs expériences, la lumière est amenée à paraître collée à un point singulier dans l'espace-temps. « C'est presque biblique: au début, il n'y a rien. Alors la physique dit: » Qu'il y ait de la lumière!, « Et il y a en fait de la lumière – d'un moment précis dans le temps et le point dans l'espace », explique le professeur Alexander Szameit de l'Université de Rostock.
Ces flashs de lumière éphémères, aussi courts, ne sont pas un accident, mais ont plutôt des racines mathématiques profondes, élabore le professeur Hannah Price de l'Université de Birmingham: « la topologie, une branche physique peut-être plutôt abstraite mais très fondamentale et profondément consécutive, exige en fait certains comportements physiques ici ».
En raison de cela et en raison de la nature unidirectionnelle du temps, de tels événements spatio-temps-topologiques, comme ils sont appelés, présentent également une robustesse unique contre les perturbations extérieures: les chercheurs ont constaté qu'ils accompagnent une protection inhérente contre les paramètres expérimentaux foints au hasard ainsi que la lumière errante.
« C'est quelque chose que tous les états de lumière auparavant connus sont sensibles », explique le Dr Joshua Feis de l'Université de Rostock.
Le Dr Sebastian Weidemann, également de l'Université de Rostock, ajoute: « Une telle protection est très souhaitable car elle peut permettre la mise en forme robuste des ondes légères dans des applications clés telles que l'imagerie, les communications ou les lasers. »
Ces résultats prouvent le potentiel qui reconsidère le rôle du temps dans l'espace-temps, dans la physique en général ainsi que dans son interaction avec la topologie, a à la fois pour la science fondamentale et les applications potentielles. Surtout, ils ouvrent la porte à un domaine beaucoup plus large de découvertes potentielles activées en dirigeant la recherche dans cette nouvelle dimension.
