La propagation lumineuse, anisotrope en champ électromagnétique

La lumière ne se propage pas à la même vitesse dans toutes les directions sous l'effet d'un champ électro-magnétique : cet effet contre intuitif, mais prédit par la théorie, vient pour la première fois d'être vérifié expérimentalement dans un gaz par une équipe du Laboratoire « Collisions agrégats réactivité » (CNRS / Université Paul Sabatier – Toulouse 3). Les résultats des ces travaux sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

Les chercheurs ont conçu une cavité optique dans laquelle les faisceaux lumineux traversent un dispositif comportant des aimants et des électrodes, qui permettent de générer des champs électrique et magnétique intenses (le champ magnétique appliqué est 20 000 fois plus élevé que celui de la Terre). Ils sont ainsi parvenus à montrer, pour la première fois expérimentalement, que la lumière ne se propage pas à la même vitesse selon qu'elle se dirige dans une direction ou bien en sens inverse, dans un gaz (azote) où règne un champ électro-magnétique. La différence de vitesse mesurée est d'environ un milliardième de m/s (soit 10-9 m/s, ce qui équivaut à 10-18 fois la vitesse de la lumière). Cet écart infime, prédit par la théorie, est causé par les champs magnétique et électrique.

Ces résultats ouvrent plusieurs perspectives. D'une part, ils pourraient permettre de pousser plus loin les mesures de l'anisotropie de la propagation lumineuse. En augmentant la sensibilité du dispositif de mesure, les chercheurs pourraient, un jour, observer des défaillances infimes de l'invariance de Lorentz, qui est une symétrie fondamentale exprimée dans le cadre de la théorie de la relativité. Ceci permettrait de tester certaines propositions théoriques pour améliorer le modèle standard (modèle qui décrit aujourd'hui l'ensemble des interactions entre particules élémentaires). D'autre part, une telle anisotropie directionnelle régie par un champ électro-magnétique laisse présager des applications inédites en optique, comme des composants dont le comportement diffèrerait selon la direction, le tout étant contrôlé par le champ magnétique.