Mirage dans le diapason des rayons X

On connaît bien les exemples de mirages apparaissant dans le désert, lorsque devant le regard du voyageur troublé apparaît une image rappelant une étendue d’eau. Crédit photo : bobrayner / Flickr

On connaît bien les exemples de mirages apparaissant dans le désert, lorsque devant le regard du voyageur troublé apparaît une image rappelant une étendue d’eau. Crédit photo : bobrayner / Flickr

Un mirage peut être observé non seulement dans le désert à l’œil nu, mais également dans le diapason des rayons X, invisibles pour l’œil humain. L’équation à l’aide de laquelle on peut décrire d’un point de vue mathématique non seulement le mirage dans le diapason des rayons X, mais également n’importe quel autre mirage, a été découverte par les savants de la faculté de physique auprès de l’Université d’État de Moscou, en collaboration avec des collègues étrangers.

Les mirages dans le diapason optique sont bien connus en tant que phénomène beau et mystérieux, apparaissant dans l’atmosphère terrestre. On connaît bien les exemples de mirages apparaissant dans le désert, lorsque devant le regard du voyageur troublé apparaît une image rappelant une étendue d’eau.

D’ailleurs, au-dessus de l’asphalte chauffé par les rayons du soleil, on peut également observer par moments de fausses flaques d’eau. 

La cause principale de l’apparition des mirages est l’absence d’homogénéité de l’air en raison du réchauffement différent des couches de celui-ci. La propagation des rayons de soleil dans un tel milieu est loin d’être en ligne droite (les indices de réfraction des différentes couches de l’air sont très différents).

Par conséquent, l’observateur voit à la place de l’objet réel (ou parfois simultanément avec celui-ci), un objet imaginaire qui est une image de l’objet réel, déplacée par rapport à l’original. 

Il s’est avéré que des mirages peuvent être observés non seulement dans le diapason optique, mais également dans celui des rayons X. 

Les premiers à avoir pu réaliser cette observation sont les savants d’un groupe au sein duquel figurent des chercheurs de l’Université d’État de Moscou. Leur publication est parue au mois de juin dans la revue Nature Communications. 

Les savants ont pu observer pour la première fois un mirage dans le diapason des rayons X lors de l’étude des propriétés du laser dans le diapason des rayons X. 

Tout le monde connaît les lasers optiques (par exemple, le pointeur laser ou les effets lumineux lors des spectacles). Mais l’augmentation de la puissance du rayonnement (car le laser n’est rien d’autre qu’un générateur quantique, le mot LASER signifiant en anglais « light amplification bystimulated emission of radiation »,c’est-à-dire, amplification de la lumière moyennant un rayonnement forcé) peut se produire non seulement dans le diapason optique.

L’idée des lasers dans le diapason des rayons X existe depuis bien des années. Elle a été formulée pour la première fois en 1973 auprès du département de physique générale et d’étude des processus ondulatoires de la faculté de physique par Rem Khokhlov, recteur de l’Université de Moscou à cette époque.

En 1981, la possibilité de créer des lasers à rayons X avec alimentation à partir d’une source nucléaire a été formulée par les Américains et c’est sur cette base que ceux-ci ont développé leur fameux programme spatial de la « Guerre des étoiles ». 

Actuellement, les lasers à rayons X servent non plus à la guerre, mais à la science et les traditions établies il y a 40 ans auprès du département de physique de l’Université d’État de Moscou sont toujours vivantes.

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Les physiciens russes qui ont observé pour la première fois un mirage dans le diapason des rayons X ont effectué une recherche sur les bases physiques de ce phénomène, ce qui leur a permis non seulement de déterminer les conditions nécessaires pour l’apparition des mirages dans le laser à rayons X, mais également de développer une théorie de leur formation. 

« Nous avons élaboré une théorie générale du mirage et si nous comprenons bien, auparavant celle-ci n’existait pas en optique : ce qui existait n’était qu’une explication qualitative », a déclaré un des auteurs de la communication, Sergueï Magnitski, maître de conférences en physique générale et étude des phénomènes ondulatoires auprès de la faculté de physique de l’Université d’État de Moscou.

En travaillant avec un laser à rayons X, les chercheurs ont observé l’alternance d’anneaux clairs et foncés. Ce phénomène était inhabituel, car dans le laser, le générateur de rayonnement est, de façon générale, unique.

« L’origine de ces anneaux était très étrange et à première vue inexplicable », raconte Magnitski. Cependant, les savants ont bientôt réussi à comprendre le phénomène et à expliquer sa nature, y compris d’un point de vue mathématique. 

Pour la description du phénomène observé, les chercheurs ont réussi à élaborer un algorithme universel : ils ont formulé une équation permettant de décrire d’un point de vue mathématique non seulement le mirage dans le diapason des rayons X, mais aussi n’importe lequel autre mirage.

Pour le calcul de la distribution des rayons X dans le plasma, les chercheurs de l’Université d’État de Moscou ont inventé une approche spéciale tenant compte des paramètres hydrodynamiques de celui-ci.

Ils ont démontré que dans le plasma apparaît une seconde source de rayonnement, imaginaire, qui est rattachée de façon rigide en phase au générateur, autrement dit, qui est cohérente avec celui-ci. L’interaction du rayonnement de ces sources mène à la formation d’une image d’interférence : au fait, à la formation d’un mirage, mais possédant un nouveau trait caractéristique, la cohérence.

Selon Sergueï Magnitski, la recherche peut être développée dans deux directions, intéressantes sur le plan pratique. En premier lieu, dans le domaine des hologrammes à rayons X. On peut y obtenir des images d’une très haute résolution, de l’ordre de 10 nm.

« Nous menons une recherche active dans ce domaine », déclare le chercheur. En second lieu, on peut envisager une application dans le domaine dudit klouking, les revêtements spéciaux à l’aide desquels les objets deviennent invisibles.

« L’optique a obtenu dans ce domaine certains succès, raconte Magnitski. Maintenant imaginez que dans le diapason optique a été obtenu un plein succès et qu’on a réussi à rendre certains objets invisibles. Si pourtant on utilise une source de rayons X, ces objets deviendront immédiatement visibles. Les résultats obtenus par nous créent la possibilité de commencer à réfléchir sur des revêtements qui permettraient de rendre les objets invisibles également dans le diapason des rayons X ».

« Cependant, le klouking dans le diapason des rayons X, c’est une perspective d’un avenir bien lointain », ajoute le chercheur.

Source : www.gazeta.ru

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