Surfaces et interfaces
Les ondes sonores peuvent-elles voyager plus vite que la vitesse de la lumière? Oui, dit Joel Mobley, physicien à lUniversité du Mississippi aux États-Unis. Dans des simulations, Mobley a montré que les impulsions ultrasonores pouvaient se déplacer à des vitesses « superluminales » lorsquelles entraient dans une eau contenant des milliers de minuscules billes de plastique.
Les ondes se déplaçant dans un milieu dispersif sont décrites par une vitesse de phase et une vitesse de groupe . La vitesse de phase est la vitesse à laquelle une onde dune seule longueur donde se déplace et est généralement denviron 1,5 km par seconde pour les ondes sonores dans leau. Cependant, les impulsions de lumière ou de son contiennent en fait une gamme de longueurs donde qui se déplacent toutes à des vitesses différentes: la vitesse du groupe est la vitesse à laquelle limpulsion elle-même se déplace.
Ces dernières années, il a été démontré expérimentalement que la vitesse de groupe dune impulsion laser peut dépasser la vitesse de la lumière dans le vide – 300 000 000 mètres par seconde – dans certaines situations. Cependant, la relativité restreinte nest pas violée dans ces expériences car elles nimpliquent pas de transfert dinformations, de matière ou dénergie.
Mobley a maintenant calculé que la vitesse de groupe dune impulsion dondes sonores à haute fréquence pouvait être augmentée de cinq ordres de grandeur en lenvoyant à travers une petite chambre qui en contient environ 8 millilitres deau et quelque 400 000 petites sphères en plastique. Cela signifie que la vitesse du groupe dépasserait la vitesse de la lumière dans le vide. Les sphères ont des diamètres denviron 0,1 mm et représentent environ 5% du volume du mélange eau-billes.
Laugmentation de la vitesse est causée par la dispersion – le phénomène qui fait bouger différentes longueurs donde à différentes vitesses de phase. Lorsque limpulsion pénètre dans le mélange, elle subit une dispersion sévère, ce qui fait que les différentes longueurs donde qui composent limpulsion se déplacent à des vitesses très différentes. Cela change la forme de limpulsion et peut entraîner limpulsion elle-même se déplaçant plus rapidement que la vitesse de la lumière. Cependant, la dispersion réduit également considérablement lintensité des impulsions.
« Il est reconnu depuis longtemps que de telles vitesses devraient être possibles avec des ondes acoustiques », a déclaré Mobley à PhysicsWeb. « Mon travail montre que cela peut être fait dans un système spécifique et très simple et que les conditions extrêmes ne le sont pas. nécessaire. »
Mobley prépare maintenant des expériences pour observer les vitesses superluminales au National Center for Physical Acoustics au Mississippi. Le principal défi sera daugmenter le rapport signal sur bruit afin de pouvoir détecter les impulsions, dont lintensité aura été fortement réduite par la dispersion.