Des physiciens de l’Institut Non Linéaire de Nice
, dont Robin
Kaiser, Directeur de recherche CNRS, ont confirmé
l’existence de vols de Lévy dans un système et
ont caractérisé les écarts entre la situation
expérimentale et le modèle théorique
idéal habituellement utilisé.
La lumière qui nous parvient du soleil n’arrive pas
directement de la zone très chaude où elle a
été produite. Après son émission,
chaque photon est dévié au hasard de multiples fois
par les atomes qu’il rencontre : la lumière ne se
propage pas en ligne droite. Surnommée diffusion anormale,
la marche aléatoire qui résulte de ces multiples
déviations est dominée par un petit nombre de pas de
très grande longueur. Ce comportement anormal,
présent dans de nombreux systèmes physiques ou
biologiques est bien compris théoriquement depuis les
travaux du mathématicien français Paul Lévy,
qui lui a donné son nom. Toutefois, la connexion entre
théorie et expérience ne se fait habituellement que
par l’intermédiaire de mesures macroscopiques car les
mécanismes microscopiques à l’origine du
phénomène sont inaccessibles. En suivant un photon
« à la trace » lors de sa diffusion multiple de
la lumière dans un gaz atomique à température
ambiante des physiciens de l’Institut Non Linéaire de
Nice ont pu avoir accès à la mesure de la
distribution de longueur des pas de cette marche au hasard. Ils ont
ainsi confirmé l’existence de vols de Lévy dans
ce système et caractérisé les écarts
entre la situation expérimentale et le modèle
théorique idéal habituellement utilisé.
Dans l’expérience réalisée à
Nice, les photons subissent une marche aléatoire en
étant diffusés de nombreuses fois par les atomes. Les
photons sont parfois diffusés par des atomes très
rapides, et subissent alors un changement de fréquence
important à cause de l’effet Doppler. Ces photons ne
« voient » ensuite presque plus les autres atomes et se
propagent alors comme s’ils étaient dans le vide,
jusqu’à être interceptés par un autre
atome très rapide qui ramène leur fréquence
à une valeur proche de sa valeur initiale. Au lieu de
regarder le comportement résultant de la succession
d’un grand nombre de diffusions, un pas unique, au milieu de
la séquence, a été isolé et sa longueur
mesurée. La loi de probabilité obtenue
démontre sans ambiguïté l’existence de
vols de Lévy. Elle révèle aussi que les pas de
grande taille sont un peu moins fréquents que ne le
supposaient les modèles théoriques habituellement
utilisés.
- Actualité
publiée sur le site de l'Institut de Physique du CNRS
Contact Communication - Institut de Physique du
CNRS : Jean-Michel
Courty, Karine
Penalba
En savoir plus :
Lévy flights of photons in hot atomic vapours, N.
Mercadier1,W. Guerin1, M. Chevrollier2 and R. Kaiser1, Nature
Physics., 5, 602 - 605, (2009).