Étudier le chaos avec l’une des caméras les plus rapides au monde –

  • FrançaisFrançais



  • Il y a des choses dans la vie qui peuvent être raisonnablement bien prédites. Les marées montent et descendent. La lune croît et décroît. Une boule de billard rebondit autour d’une table selon une géométrie ordonnée.

    Et puis il y a des choses qui défient les prévisions faciles: l’ouragan qui change de direction sans avertissement. Les éclaboussures d’eau dans une fontaine. Le désordre gracieux des branches poussant à partir d’un arbre.

    Ces phénomènes et d’autres comme eux peuvent être décrits comme des systèmes chaotiques, et se distinguent par leur comportement prévisible au début, mais qui devient de plus en plus aléatoire avec le temps.

    En raison du rôle important que jouent les systèmes chaotiques dans le monde qui nous entoure, les scientifiques et les mathématiciens cherchent depuis longtemps à mieux les comprendre. Maintenant, Lihong Wang de Caltech, professeur Bren au département de génie médical Andrew et Peggy Cherng, a développé un nouvel outil qui pourrait aider dans cette quête.

    Dans le dernier numéro de Progrès scientifiques, Wang décrit comment il a utilisé une caméra ultrarapide de sa propre conception qui a enregistré des vidéos à un milliard d’images par seconde pour observer le mouvement de la lumière laser dans une chambre spécialement conçue pour induire des réflexions chaotiques.

    «Certaines cavités ne sont pas chaotiques, le chemin emprunté par la lumière est donc prévisible», dit Wang. Mais dans le travail actuel, lui et ses collègues ont utilisé cette caméra ultra-rapide comme un outil pour étudier une cavité chaotique, «dans laquelle la lumière emprunte un chemin différent à chaque fois que nous répétons l’expérience».

    L’appareil photo utilise une technologie appelée photographie ultra-rapide compressée (CUP), dont Wang a démontré dans d’autres recherches qu’elle était capable de vitesses aussi rapides que 70 billions d’images par seconde. La vitesse à laquelle une caméra CUP prend une vidéo la rend capable de voir la lumière – la chose la plus rapide de l’univers – lorsqu’elle se déplace.

    Mais les caméras CUP ont une autre caractéristique qui les rend particulièrement adaptées à l’étude des systèmes chaotiques. Contrairement à une caméra traditionnelle qui enregistre une image vidéo à la fois, une caméra CUP prend essentiellement toutes ses images à la fois. Cela permet à la caméra de capturer l’intégralité du chemin chaotique d’un faisceau laser à travers la chambre en une seule fois.

    Cela compte car dans un système chaotique, le comportement est différent à chaque fois. Si la caméra ne capturait qu’une partie de l’action, le comportement qui n’a pas été enregistré ne pourrait jamais être étudié, car il ne se reproduirait plus jamais exactement de la même manière. Ce serait comme essayer de photographier un oiseau, mais avec un appareil photo qui ne peut capturer qu’une partie du corps à la fois; de plus, chaque fois que l’oiseau atterrirait près de chez vous, ce serait une espèce différente. Bien que vous puissiez essayer d’assembler toutes vos photos en une seule image d’oiseau composite, cet oiseau pavé aurait le bec d’un corbeau, le cou d’une cigogne, les ailes d’un canard, la queue d’un faucon et les pattes de un poulet. Pas vraiment utile.

    Wang dit que la capacité de sa caméra CUP à capturer le mouvement chaotique de la lumière peut insuffler une nouvelle vie à l’étude du chaos optique, qui a des applications en physique, en communication et en cryptographie.

    «C’était un domaine très chaud il y a quelque temps, mais il s’est éteint, peut-être parce que nous n’avions pas les outils dont nous avions besoin», dit-il. «Les expérimentateurs se sont désintéressés parce qu’ils ne pouvaient pas faire les expériences, et les théoriciens ont perdu l’intérêt parce qu’ils ne pouvaient pas valider leurs théories expérimentalement. C’était une démonstration amusante pour montrer aux gens dans ce domaine qu’ils avaient enfin un outil expérimental.

    L’article décrivant la recherche, intitulé «Observation et contrôle en temps réel du chaos optique», paraît dans le numéro du 13 janvier de Progrès scientifiques. Les co-auteurs sont Linran Fan, anciennement de Caltech, maintenant professeur adjoint au Wyant College of Optical Sciences de l’Université de l’Arizona; et Xiaodong Yan et Han Wang, de l’Université de Californie du Sud.

    Le financement de la recherche a été fourni par le programme des jeunes chercheurs du bureau de recherche de l’armée, le bureau de la recherche scientifique de l’armée de l’air, la National Science Foundation et les instituts nationaux de la santé.

    N'oubliez pas de voter pour cet article !
    1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet)
    Loading...

    Laisser un commentaire

    Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.