Des physiciens recréent l’extraction d’énergie d’un trou noir en laboratoire
Plus de cinquante ans après que le physicien Sir Roger Penrose ait proposé l’idée fascinante qu’il pourrait être possible d’extraire de l’énergie d’un trou noir en rotation rapide, des chercheurs de l’Advanced Science Research Center du CUNY Graduate Center (CUNY ASRC) ont démontré une approche expérimentale inspirée de ces théories. Dans un article publié dans la revue Nature, l’équipe a montré que l’amplification des ondes peut être réalisée à l’aide d’un dispositif simulant une rotation extrême sans mouvement physique.
La recherche s’articule autour de ce qu’on appelle la rotation synthétique. Plutôt que de faire tourner un objet mécaniquement, les chercheurs ont construit un dispositif à radiofréquence dont les propriétés changent rapidement dans le temps et l’espace. Ce système ingénieux crée l’illusion d’une rotation ultrarapide, atteignant des vitesses de rotation effectives bien supérieures à celles des systèmes mécaniques conventionnels. En remplaçant le mouvement physique par une rotation synthétique, les chercheurs ont surmonté des défis qui ont limité les études expérimentales sur la physique de la rotation extrême pendant des décennies.
Andrea Alù, professeur émérite et directeur de l’Initiative Photonics du CUNY ASRC, a déclaré : « Notre approche facilite une nouvelle méthode d’interaction onde-matière dans laquelle des ondes avec des propriétés de rotation sélectionnées extraient de l’énergie de la rotation synthétique, produisant une forme d’amplification sélective à large bande. » Hadiseh Nasari, auteur principal de l’étude et chercheuse postdoctorale, a souligné que cette expérience transforme un concept théorique ancien en un outil de recherche pratique.
Les chercheurs ont cherché à répondre à une question fondamentale : les ondes électromagnétiques interagissant avec un dispositif complètement stationnaire peuvent-elles se comporter comme si elles rencontraient un objet tournant à une vitesse ultrarapide et extraire de l’énergie de ce mouvement synthétique ? Pour explorer cette question, ils ont construit un anneau de résonateurs électroniques dont les propriétés étaient ajustées rapidement dans une séquence soigneusement synchronisée. Bien que le matériel lui-même ne bouge jamais, ces changements chronométrés ont généré un motif de déplacement autour de l’anneau, permettant aux ondes électromagnétiques d’expérimenter le système comme s’il tournait à une vitesse extraordinaire.
Les implications de cette recherche dépassent le cadre de la physique des trous noirs. En raison de la capacité de la rotation synthétique à imiter des mouvements dépassant la vitesse de la lumière, les chercheurs disposent désormais d’une plateforme de laboratoire contrôlée pour explorer des régimes physiques autrement impossibles à étudier directement. Cela ouvre de nouvelles opportunités pour investiguer la physique extrême, tout en pointant vers des avancées futures dans les communications sans fil, l’optique, la photonique et les technologies quantiques.
Les chercheurs notent que des travaux supplémentaires seront nécessaires avant que ces idées puissent être traduites en dispositifs pratiques. Ils estiment également que les mêmes principes pourraient être appliqués à des systèmes photoniques et quantiques, ouvrant de nouvelles possibilités pour contrôler la lumière, traiter des informations et étudier le comportement des ondes inspiré par certains des environnements les plus extrêmes de l’univers.
Source : CUNY Graduate Center, article publié dans Nature**.
