Le mur de la lumière
Peut-il être franchi (comme le mur du son) ?
Expérience OPERA
En septembre 2011, les physiciens travaillant sur l'expérienceOPERAannoncent que le temps de vol mesuré desneutrinosproduits auCERNest inférieur de 60,7±(6,9) ns à celui attendu pour des particules se déplaçant à lavitesse de la lumière6,7. Cela pourrait signifier que le neutrino se déplace à une vitesse de 299 799,9 ± 1,2 km/s, soit 7,4 km/s de plus que la vitesse de la lumière.
Une telle déviation avait déjà été mesurée par le détecteurMINOS, mais restait compatible avec la vitesse de la lumière dans les marges d'incertitude liées à la mesure8. La mesure obtenue par OPERA concerne quant à elle une statistique de 16 000 événements recueillis depuis 2008 (après une mise à jour du détecteur). Le résultat d'OPERA incitait alors les chercheurs deMINOSà améliorer leur système de mesure de temps pour être en mesure de confirmer effectivement le dépassement de vitesse9.
La supernova SN1987 A apparue quelques années avant le
lancement de Hubble et
photographiée par lui
Globalement, les scientifiques ne remettent pas en question les mesures de l’expérience, mais restent modérés quant à son interprétation et s'interdisent de remettre en question la relativité12.
Une autre observation sur ce thème est celle des neutrinos émis par la supernovaSN 1987A, ne permettant pas de supposer une vitesse supraluminique (trois heures d'écart sur 186 000 ans). Mais, il existe trois catégories de neutrinos différents : neutrino électronique e, neutrino tauique τ et neutrino muonique µ, et ce n'est que pour cette dernière catégorie que les chercheurs de l'expérience OPERA ont mesuré une vitesse supérieure à celle de la lumière.
Le 17 novembre 2011, la collaboration OPERA annonce de nouveaux résultats qui confortent les précédents. En utilisant des impulsions de protons beaucoup plus
résultats précédents13.
Le détecteur du Gran Sasso
Le 22 février 2012, la revue Science fait état d'une
mauvaise connexion au niveau de la fibre optique reliant un GPS à une carte électronique du dispositif
expérimental d'OPERA, qui pourrait être à l'origine de
l'effet observé14. Le 23 février, le CERN confirme que
cette hypothèse est en cours d'investigation, tout en
mentionnant une autre défaillance possible au niveau
d'un oscillateur utilisé pour la synchronisation avec un
Le mur de la lumière peut être franchi
• Vitesse supérieure à c mais non associée à un transfert d'énergie ou d'information :
o vitesse de phase des ondes électro-magnétiques ;
o Déplacement d'une ombre en lumière rasante, et phénomènes similaires (généralement optiques), etc. ;
o expansion de l'espace lui-même, notamment juste après le Big Bang et pendant la période inflationnaire ;
o Existence (hypothétique) de particules, les tachyons, ne se déplaçant qu'à des vitesses supérieures à c et n'interagissant pas avec les particules ordinaires.
Au contraire des particules ordinaires, dont la vitesse est obligatoirement inférieure à c, les tachyons ont une vitesse obligatoirement supérieure à c. Suivant les
équations de relation entre la masse et l'énergie, cela implique également que lamasse au reposd'un tachyon est unnombre imaginaire.
Les Tachyons
En physique, un tachyon ne correspondrait pas à
une particule ayant une réalité matérielle mais serait une indication que la théorie dans laquelle ils apparaissent possède une forme d’instabilité. Dans ce cas c'est un signe que la théorie a été formulée en faisant
un mauvais choix de variables. Lorsqu'on formule la
théorie en prenant de bonnes variables les tachyons
disparaissent.
Une particule chargée… En se déplaçant dans un milieu, une particule chargée perturbe les couches électroniques de chaque atome rencontré: les électrons s’écartent de leur position initiale, puis reviennent à leur place –on parle de polarisation. Cette perturbation se produit sur l’ensemble de la trajectoire de la particule, soit 10 milliards de fois par mètre. Dans un milieu transparent (eau, air, verre…), cela se manifeste, tout au long du parcours, par l’émission d’une onde lumineuse à toutes les longueurs d’ondes, avec une prédominance dans le bleu et l’ultraviolet.
dans son milieu… Lorsque la particule se propage à une vitesse modérée, les ondes émises par chacun des atomes se superposent de façon désordonnée. Leurs émissions successives ont tendance à se compenser: elles ne sont jamais en phase ( ). Lorsque la particule dépasse la vitesse de la lumière dans le milieu, un effet de sillage se produit: les ondes successives se retrouvent en phase à la surface d’un cône ( ). C’est l’effet Tcherenkov.
… génère l’émission d’un cône lumineux… Dans un milieu transparent, ce cône lumineux est bleu en surface, mais
« éteint » en son sein. Il s’élargit au fur et à mesure que la particule avance. Son accumulation crée, par exemple, la lumière bleue diffuse des piscines de refroidissement des combustibles usés des centrales nucléaires. Elle est due aux électrons énergétiques émis par la radioactivité qui atteignent des vitesses supérieures à celle de la lumière dans l’eau.
…qui renseigne sur sa nature. La mesure de l’axe du cône lumineux permet de déterminer la direction de la trajectoire de la particule, tandis que son angle d’ouverture indique sa vitesse et sa nature. Ces données intéressent les physiciens des particules, comme ceux de l’expérience Superkamiokande qui détecte des neutrinos par effet Tcherenkov dans des grandes cuves d’eau. De même, les astrophysiciens analysent les rayons gamma cosmiques, grâce à la lumière Tcherenkov produite par les particules qu’ils engendrent quand ils
pénètrent dans l’atmosphère. C’est l’enjeu de l’observatoire HESS et du futur observatoire CTA que de détecter cette lumière, pour percer les secrets des phénomènes les plus violents
de l’Univers
Radiation Tcherenkov provenant de l'intérieur du cœur du réacteur nucléaire Triga
Lesphosphènesdes astronautes dans l'espace sont dus à l'effet Tcherenkov8.
Les astronautes des missionsApollos'étaient tous plaints de phosphènes lors de leurs missions. On découvrit que ces troubles visuels lumineux étaient dus à l'effet Tcherenkov de particules duvent solairetraversant leliquide des globes oculairesdes astronautes.
Dans son livreSonate au clair de terre, lespationautefrançaisJean-Loup Chrétienindique que de tels phosphènes se produisent aussi sur Terre, au rythme d'un ou deux en moyenne par personne et par an.Jean-Loup Chrétienrapporte en avoir vu quelques-uns par jour lors de ses séjours à bord de la stationMir.
