L'énigme de la vitesse à sens unique de la lumière

Si vous deviez retenir une idée emblématique de la physique du 20e siècle, une bonne candidate serait la constance universelle de la vitesse de la lumière. Quand Einstein a avancé cette notion dans la théorie de la relativité restreinte, il a résolu le mystère de longue date de pourquoi les mesures n'ont montré aucune variation de la vitesse de la lumière avec le mouvement de la Terre dans l'espace.

Il a également inauguré l'idée de l'espace-temps comme une entité unique. Cela conduit directement à la dérivation des lois de la physique en tant que symétries espace-temps, un processus qui a été crucial à la fois pour la relativité générale et le modèle standard de la physique des particules.

Donc, remettre en question la constance du « c », c'est inviter à la controverse. Et pourtant, il y a des raisons de penser que nous devrions certainement étudier cette hypothèse plus en détail en utilisant les outils de la physique expérimentale, disent Farid Ahmed et ses amis de l'Université York à Toronto au Canada. Aujourd'hui, ils nous livrent un tour d'horizon intéressant des différentes manières dont les mesures ont été effectuées.

Les expériences visant à mesurer la constance de la vitesse de la lumière se répartissent en deux catégories, selon Ahmed et co. Dans le premier, il y a des expériences comme le célèbre interféromètre de Michelson Morely qui mesure la vitesse aller-retour de la lumière le long d'une boucle fermée. Il s'agit essentiellement de sa vitesse moyenne sur une certaine distance et vice-versa.

Aucune variation n'a jamais été trouvée, mais ces expériences laissent ouverte la possibilité que la vitesse de la lumière soit différente sur chaque étape du voyage. Il existe donc une autre catégorie d'expériences qui tentent de mesurer la vitesse unidirectionnelle de la lumière.

Une question intéressante se pose immédiatement : comment mesurer la vitesse unidirectionnelle de la lumière ? Il s'avère qu'il existe différentes méthodes. Une idée implique l'émission et l'absorption de rayons gamma par certains types d'atomes dans un solide. Le processus d'absorption est très sensible à l'énergie des rayons gamma. Donc, si la vitesse de la lumière (et donc son énergie) varie avec la direction, alors le taux d'absorption devrait changer aussi.

Dans les années 1960 et 1970, divers physiciens ont recherché une dépendance directionnelle en plaçant un émetteur de rayons gamma au bord d'un disque en rotation et un absorbeur au centre. Ils ont ensuite recherché toute différence dans le taux d'absorption lorsque le disque tourne mais n'en ont trouvé aucune.

Les physiciens utilisant d'autres techniques n'ont pas non plus trouvé de variation. (Le bulgare controversé Stefan Marinov a affirmé avoir trouvé des preuves d'une variation dans la vitesse unidirectionnelle de la lumière, mais ses affirmations ne sont pas considérées comme valides par la plupart des physiciens traditionnels.)

Ahmed et ses collègues disent que ces expériences doivent être affinées et améliorées et travaillent sur leur propre mesure de la vitesse unidirectionnelle de la lumière.

Le travail peut avoir des conséquences importantes. Ahmed et ses collègues soulignent que la théorie des cordes prédit une violation de la constance de la vitesse de la lumière, tout comme une autre idée qui propose qu'une vitesse variable de la lumière résoudrait divers problèmes en cosmologie.

Et la seule façon de le savoir est de mesurer, un objectif noble selon toutes les normes. Réf : arxiv.org/abs/1011.1318 : Un examen des expériences unidirectionnelles et bidirectionnelles pour tester l'isotropie de la vitesse de la lumière cacher