Depuis leur invention dans les années 1960, les lasers, qui utilisent des faisceaux lumineux puissants et concentrés, ont révolutionné de nombreux domaines, de la médecine à l’industrie en passant par l’électronique. Néanmoins, une nouvelle avancée scientifique pourrait bientôt bouleverser notre compréhension des lasers. Des chercheurs travaillent en effet sur des instruments capables de fonctionner non pas avec de la lumière, mais avec du son.
Comment fonctionnent les lasers traditionnels ?
Les lasers traditionnels émettent de la lumière à partir de particules appelées photons. Ces photons se déplacent ensemble de manière synchronisée avec des longueurs d’onde très similaires. C’est ce qui permet aux lasers de produire un faisceau lumineux fin et puissant, capable d’être focalisé sur une toute petite zone ou de parcourir de grandes distances sans perdre son intensité.
En revanche, les ondes sonores fonctionnent différemment. Contrairement à la lumière, le son ne peut pas se déplacer dans le vide. Il a en effet besoin d’un support comme l’air, l’eau ou les solides pour se propager. Cette différence fondamentale rend la création d’un faisceau sonore concentré comme un laser plus difficile. Cependant, une équipe de physiciens a franchi une étape importante vers cette réalisation.
L’innovation : un laser basé sur le son
Au lieu d’utiliser des photons, ils ont utilisé des particules de son appelées phonons. Tout comme les photons, ils obéissent aux lois de la mécanique quantique et se déplacent en formant des ondes. En manipulant ces phonons, les scientifiques ont pu produire un faisceau sonore concentré.
Pour ce faire, ils ont suspendu une microsphère d’oxyde de silicium (une petite boule) à l’aide de faisceaux lumineux, ce qui a provoqué des vibrations dans cette sphère et généré des ondes sonores. Ces ondes, inaudibles pour l’oreille humaine, ont ensuite été amplifiées en utilisant un champ électrique, ce qui a considérablement intensifié le son. En contrôlant ce processus, l’équipe a réussi à amplifier les ondes sonores jusqu’à mille fois, créant ainsi un faisceau sonore qui se comporte de manière similaire à un laser lumineux.
Pourquoi cette découverte est-elle importante ?
Cette innovation ouvre la voie à de nombreuses applications pratiques dans divers domaines. Les lasers sonores pourraient notamment être utilisés dans des secteurs où le son est plus efficace que la lumière comme l’exploration sous-marine ou l’imagerie médicale.
Prenons l’exemple de l’exploration des océans. Actuellement, les chercheurs utilisent déjà des ondes sonores pour cartographier les fonds marins, car le son se propage très bien dans l’eau. Un laser sonore permettrait alors une cartographie plus précise et rapide en envoyant un faisceau sonore concentré capable de voir avec plus de détails à travers les profondeurs océaniques. Cela pourrait révolutionner notre compréhension des écosystèmes marins et permettre des découvertes scientifiques majeures.
En médecine, les lasers sonores pourraient également améliorer les technologies actuelles d’imagerie par ultrasons. Les ultrasons sont déjà largement utilisés pour visualiser l’intérieur du corps, mais un faisceau sonore plus puissant et plus précis pourrait améliorer la qualité des images et permettre un diagnostic encore plus rapide et précis. De plus, cette technologie pourrait être utilisée pour des techniques biomédicales avancées et offrir ainsi une nouvelle manière d’explorer les tissus vivants ou même de traiter certaines maladies avec une précision jamais atteinte auparavant.
Quels sont les défis à venir ?
Bien que cette découverte soit prometteuse, il reste des défis à surmonter avant que les lasers sonores ne deviennent une technologie courante. Pour l’instant, les expériences ont en effet été menées sous des conditions très contrôlées dans des environnements sous vide. Cela permet aux chercheurs de mieux mesurer et amplifier les ondes sonores. La prochaine étape sera de trouver des moyens de rendre cette technologie fonctionnelle dans des conditions plus réalistes comme dans l’air ou l’eau où les ondes sonores se comportent différemment.
Cependant, les scientifiques sont optimistes quant aux potentiels futurs des lasers sonores. Ils espèrent que dans les années à venir, cette technologie sera suffisamment développée pour être utilisée dans une grande variété de secteurs depuis l’exploration des fonds marins jusqu’au diagnostic médical avancé.
Les détails de l’étude sont publiés dans la revue eLight.
