Un défaut fatal découvert dans les capes de tapis d'invisibilité

Dans le jeu de camouflage du chat et de la souris, le développement extraordinaire des capes d'invisibilité a sûrement donné le dessus à la souris ces dernières années. Non seulement les théoriciens ont développé de façon spectaculaire les idées derrière ces dispositifs, mais d'autres ont construit et testé les capes eux-mêmes. Le monde du camouflage ne se ressemblera plus jamais.

Aujourd'hui, les chats ripostent en révélant comment détecter la présence d'une cape d'invisibilité et découvrir l'objet qu'elle cache.

Les capes d'invisibilité cachent les objets en orientant la lumière autour d'eux afin que les objets ne puissent pas être vus par un observateur. L'astuce consiste à construire un matériau qui oriente la lumière de cette manière.

Cela s'avère extrêmement difficile, en partie parce que les propriétés optiques de ces matériaux doivent changer d'un point à un autre de manière à obtenir cette direction, une propriété connue sous le nom d'anisotropie optique. Pour cette raison, les premières capes d'invisibilité ont dû être fabriquées à la main et, même alors, ne parvenaient qu'à masquer un objet plat en deux dimensions à une seule longueur d'onde de lumière micro-ondes. Personne ne pouvait vraiment imaginer comment cette approche pourrait fonctionner à l'échelle beaucoup plus petite requise pour la lumière visible ni sur une gamme de fréquences.

Puis, il y a quelques années, John Pendry, le physicien théoricien de l'Imperial College de Londres qui a été la force motrice intellectuelle dans ce domaine, a proposé une autre approche : la cape de tapis.

L'idée était qu'une couche de matériau diélectrique sur une surface pouvait courber la lumière de manière à donner l'impression que la lumière se réfléchissait sur la surface d'origine. En d'autres termes, cette couche supplémentaire serait invisible, donc tout ce qu'elle contient serait également invisible.

Cette technique fonctionne pour la lumière visible dans une large gamme de fréquences. De plus, a déclaré Pendry, les matériaux qui pourraient le faire pourraient être entièrement uniformes - isotropes plutôt qu'anisotropes - et seraient donc beaucoup plus faciles à fabriquer.

Avec cette seule idée, le rêve des capes d'invisibilité optique est devenu à portée de main et sur ce blog, nous avons suivi la façon dont cette idée a évolué à partir de théorie à des appareils pratiques en quelques mois seulement.

Depuis lors, Baile Zhang et ses copains du Massachusetts Institute of Technology à Cambridge, ont été occupés à chercher le point faible de cette idée et pensent maintenant l'avoir trouvé. Aujourd'hui, ils soulignent que les manteaux de tapis ont un défaut qui rend les objets qu'ils contiennent détectables.

Le problème, disent-ils, est que les capes isotropes ne peuvent pas fonctionner parfaitement. Voici pourquoi. La lumière peut être considérée comme une série de fronts d'onde chacun avec une certaine quantité d'énergie. Ordinairement, la direction de propagation de l'énergie est perpendiculaire à ces fronts d'onde.

Cependant, dans une cape d'invisibilité, cette relation perpendiculaire se déforme lorsque les ondes lumineuses sont dirigées. C'est ce que fait un matériau anisotrope. Mais un matériau isotrope ne peut pas faire cela - l'énergie se propage toujours perpendiculairement aux fronts d'onde. Cette limitation signifie que les matériaux isotropes ne peuvent pas cacher des objets de la manière suggérée par Pendry.

Zhang et ses collègues continuent de prouver leur affirmation en traçant un rayon qui passe à travers le genre de cape de tapis isotrope suggérée par Pendry. Ce qu'ils ont découvert va choquer les tapisseries du monde entier.

Selon Zhang et ses amis, les capes de tapis ne cachent pas les objets, elles les déplacent simplement d'un côté d'une quantité légèrement inférieure à leur hauteur. L'effet dépend essentiellement de l'angle sous lequel vous regardez. Ainsi, lorsqu'il est éclairé à un angle de 45 degrés, un objet de 0,2 unité de hauteur apparaît décalé latéralement de 0,15 unité.

Si Zhang et ses collègues ont raison, cela pourrait être un coup dur pour le camouflage isotrope des tapis. Cela signifie que l'effet de camouflage du tapis a un angle de vue limité.

Regardez directement d'en haut et un objet peut être parfaitement caché, vous n'avez pas besoin d'une cape de tapis pour cela, juste un camouflage conventionnel. La question est de savoir jusqu'où pouvez-vous vous éloigner de la perpendiculaire avant qu'une cape de tapis optique isotrope ne vous trahisse.

Ainsi, dans les guerres d'invisibilité, cette bataille revient aux chats. Bien sûr, les souris seront de retour avec une nouvelle cape de tapis améliorée qui contourne ce problème. Une solution évidente est de rendre le tapis anisotrope, c'est-à-dire de faire varier sa structure pour qu'il oriente correctement la lumière autour de l'objet.

Secondes, deuxième tour.

Réf : arxiv.org/abs/1004.2551 : Le décalage latéral rend la cape au sol détectable

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