L’effet Vavilov-Tcherenkov est le bang supersonique de la lumière, et c’est beau

Quand quelque chose va plus vite que la vitesse du son, vous entendez un bang supersonique très fort.

Quand quelque chose va plus vite que la vitesse de la lumière, de même, il y a un “boom lumineux”. Il apparaît comme une jolie lueur bleue connue sous le nom d’effet Vavilov-Tcherenkov, et malgré ce que les lois de l’Univers peuvent vous dire, oui, cela se produit réellement.

L’effet Vavilov-Tcherenkov se produit dans le cœur du réacteur d’essai avancé du laboratoire national de l’Idaho.
Image : Argonne National Laboratory / Flickr

Oui, M. l’agent, je sais à quelle vitesse j’allais

Si vous vous grattez la tête à propos de ce dernier fait, alors vous savez que rien ne peut aller à la vitesse de la lumière, encore moins aller plus vite. La théorie spéciale de la relativité d’Einstein dit que la masse et l’énergie sont intimement liées, donc tout ce qui a une masse qui va à la vitesse de la lumière nécessiterait une quantité infinie d’énergie, ce qui rendrait sa masse infinie aussi. C’est malheureusement impossible.

Mais voilà le piège : Rien ne peut aller aussi vite que la lumière dans le vide. Dans un autre milieu, comme l’eau ou le verre, la lumière ralentit car elle interagit avec les atomes avec lesquels elle entre en contact. Vous pouvez le voir dans la façon dont les images sont déformées lorsque vous les regardez à travers une loupe ou un aquarium – c’est le résultat de la réfraction de la lumière, ou de la façon dont elle change de vitesse et de direction lorsqu’elle passe d’un support à un autre. L’indice de réfraction d’un milieu décrit la différence entre la vitesse de la lumière dans le vide (299.792.458 mètres par seconde, pour ceux qui jouent à la maison) et la vitesse de la lumière dans ce milieu. Pour l’air, c’est juste un peu plus lent, à 1,0003. L’eau est un peu plus lente à 1,3 ; le verre est encore plus lent à environ 1,5 ; et ne nous parlons pas du diamant – qui a un indice de réfraction de 2,4.

Grand Boom Bleu

Les photons sont des particules de lumière, et ce sont eux qui ralentissent dans l’air, l’eau et le verre. Mais ce ne sont pas les seules particules. Les électrons, par exemple, n’interagissent pas avec leur environnement comme le font les photons. Cela signifie que si vous avez des électrons qui voyagent dans le bon milieu, ils peuvent dépasser la vitesse de la lumière.

C’est exactement ce qui se passe dans le réacteur d’essai avancé de l’Idaho National Laboratory. Le réacteur est immergé dans l’eau pour le garder au frais, et pendant que la lumière voyage dans l’eau 30 % plus lentement que dans le vide, les électrons voyagent un peu plus vite que cela. Lorsque les électrons gagnent cette course photonique, il en résulte un “boom lumineux” appelé effet Vavilov-Tcherenkov, du nom du scientifique soviétique qui l’a découvert en 1934 (et qui lui a valu un prix Nobel en 1958). Il se présente sous la forme d’une belle lueur bleue – bien plus attrayante que le tonnerre assourdissant d’un bang supersonique si vous nous le demandez.

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Source : Curiosity – Traduit par Anguille sous roche