Des chercheurs du CUNY Advanced Science Research Center (ASRC) ont démontré, le 8 juillet 2026 dans la revue Nature, un nouveau procédé d’amplification d’ondes. En utilisant un dispositif à rotation synthétique, l’équipe a réussi à reproduire en laboratoire l’extraction d’énergie théorisée pour les trous noirs en rotation.
L’expérience, menée à New York, s’attaque à un défi physique majeur : comment simuler des dynamiques de rotation extrêmes sans briser la matière. Pour ce faire, les scientifiques n’ont pas fait tourner un objet physiquement, mais ont créé une illusion de mouvement via un réseau en anneau de résonateurs électroniques. En modulant les propriétés de ce système dans l’espace et le temps, ils ont généré un motif voyageur qui a conduit les ondes électromagnétiques à percevoir le système comme étant en rotation ultra-rapide.
Cette approche permet d’atteindre des vitesses de rotation synthétiques dépassant largement les capacités mécaniques, et même la vitesse de la lumière, offrant ainsi un terrain d’étude pour des régimes physiques jusqu’ici inaccessibles. Selon Miraenews, cette percée transforme des concepts théoriques en outils expérimentaux concrets.
Le processus Penrose-Zel’dovich reproduit en laboratoire
Le fondement théorique de ces travaux remonte à plus de cinquante ans. Sir Roger Penrose avait imaginé qu’une particule entrant dans l’ergosphère — la région d’espace entraînée par un trou noir en rotation — pouvait se diviser en deux, l’une des parties s’échappant avec plus d’énergie que la particule initiale. Plus tard, le physicien Yakov Zel’dovich a prédit qu’une onde interagissant avec un objet en rotation suffisamment rapide pourrait extraire de l’énergie et être amplifiée.
L’équipe dirigée par Alù a prouvé que des ondes possédant les caractéristiques de rotation appropriées pouvaient effectivement extraire l’énergie du système pour s’amplifier. Ce résultat valide expérimentalement la physique essentielle du processus Penrose-Zel’dovich, ouvrant des perspectives pour les communications, l’optique et la photonique, comme l’a précisé l’autrice principale Hadiseh Nasari.
L’alternative du « tornado quantique » à l’hélium superfluide
Le CUNY ASRC n’est pas le seul à chercher des analogues de trous noirs en laboratoire. Une autre approche, détaillée par Earth.com, utilise la mécanique des fluides quantiques. Des chercheurs de l’Université de Nottingham, du King’s College London et de l’Université de Newcastle ont créé un vortex massif dans de l’hélium superfluide, refroidi à des températures extrêmes inférieures à -271°C.
Ce dispositif, surnommé « tornado quantique », permet d’observer des ondes de surface minuscules avec une précision accrue grâce à la très faible viscosité de l’hélium. Contrairement au système de résonateurs du CUNY, cette méthode repose sur la confinement de dizaines de milliers de quanta pour créer un flux de vortex d’une force record.
| Approche | Mécanisme principal | Milieu utilisé | Objectif |
|---|---|---|---|
| CUNY ASRC | Rotation synthétique (modulation temporelle) | Résonateurs électroniques | Amplification d’ondes / Processus Penrose-Zel’dovich |
| Nottingham / King’s College | Vortex quantique (cryogénie) | Hélium superfluide | Simulation de la dynamique gravitationnelle |
Le Dr Patrik Svancara a souligné que l’utilisation de l’hélium superfluide permet d’étudier les interactions avec le vortex avec une précision bien supérieure aux expériences précédentes menées avec de l’eau.
De la visualisation NASA à la réalité expérimentale
L’intérêt de ces expériences réside dans la nature invisible des trous noirs. Comme le rappelle le JPL de la NASA, un trou noir est une région où l’attraction gravitationnelle est si forte que même la lumière ne peut s’en échapper une fois franchi l’horizon des événements.
Pour combler le fossé entre la théorie et l’observation, le centre Goddard de la NASA a produit des simulations immersives. L’astrophysicien Jeremy Schnittman a utilisé des superordinateurs pour modéliser des phénomènes tels que le « disque d’accrétion » (le gaz chaud et brillant orbitant autour du trou noir) et les « anneaux de photons ».
Ces simulations mettent en lumière des effets radicaux de la relativité générale. L’une d’elles illustre la « spaghettification », un processus où les forces de marée d’un trou noir de masse stellaire étirent un objet entrant comme un nouille, selon NASA Science. En revanche, pour un trou noir supermassif, comme celui au centre de notre galaxie, l’horizon des événements est beaucoup plus vaste, réduisant ces forces de marée immédiates.
Les enjeux pour la science fondamentale et appliquée
Le passage de la simulation numérique (NASA) et de l’analogue fluide (Nottingham) à la manipulation active d’ondes via la rotation synthétique (CUNY) marque une étape vers le contrôle de phénomènes astrophysiques complexes. L’enjeu n’est pas seulement théorique. La capacité de créer une amplification sélective d’ondes pourrait transformer la manière dont nous concevons les dispositifs photoniques et les systèmes de communication haute fréquence.
L’incertitude demeure quant à la transposition de ces résultats à des échelles encore plus vastes ou à d’autres types de particules, mais la création de ce « terrain de jeu expérimental » permet désormais de tester des hypothèses sur la courbure de l’espace-temps et l’interaction onde-matière sans quitter le laboratoire.
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