(Patsyk et al., Nature, 2020) Imaginez dans votre esprit le delta d'une rivière - la façon dont le chenal principal se divise en petits ruisseaux et affluents. Quelque chose de similaire se produit dans les ondes lorsqu'elles se propagent à travers un certain type de milieu : le chemin de l'onde se divise, se divisant en canaux plus petits comme les branches d'un arbre.
C'est ce qu'on appelle un flux ramifié, et il a été observé dans des phénomènes tels que le flux d'électrons (courant électrique), les vagues océaniques et les ondes sonores. Maintenant, pour la première fois, des physiciens l'ont observé en lumière visible - et tout ce qu'il a fallu, c'est un laser et une bulle de savon.
Selon la structure du milieu, différentes choses peuvent arriver aux ondes qui le traversent ; ils peuvent s'atténuer, se disperser, se plier, se propager ou continuer à couler.
Pour un flux de branchement, quelques propriétés sont requises. La structure du milieu doit être aléatoire et les variations spatiales de la structure doivent être supérieures à la longueur d'onde du flux. Il doit également varier en douceur.
Si toutes ces conditions sont remplies, de petites perturbations et fluctuations de la structure peuvent disperser l'écoulement, provoquant sa division.
Variations d'épaisseur dans une membrane savonneuse. (Patsyk et al., Nature, 2020)
Bien que ce comportement soit omniprésent dans les ondes, l'observer à la lumière s'est avéré difficile. C'est-à-dire jusqu'à ce qu'une équipe de physiciens du Technion-Israel Institute of Technology en Israël et de l'Université de Floride centrale envisagent d'utiliser une bulle de savon comme médium.
Une membrane de savon consiste en un très mince film de liquide pris en sandwich entre deux couches de molécules de surfactant. L'épaisseur de ce film varie assez sensiblement, d'environ cinq nanomètres à quelques micromètres. Ces variations d'épaisseur sont ce qui produit les motifs colorés dans les bulles de savon… mais elles peuvent aussi, en fait, agir comme des perturbations qui dévient la lumière dans un flux, provoquant la division et la ramification de ce flux.
Ce n'est pas facile à faire, cependant. La lumière laser doit briller entre les deux couches de tensioactif ; ceci a été réalisé en insérant une fibre dans la membrane pour un film incurvé, ou en couplant un large faisceau elliptique dans un film plat.
En projetant un faisceau laser dans une bulle de savon, les chercheurs ont pu observer la façon dont le faisceau se divise sur la surface de la membrane. Et lorsqu'ils éclairaient la membrane avec une faible lumière blanche, ils pouvaient voir les variations d'épaisseur - visibles comme des variations de couleur - qui divisaient le faisceau.
Habituellement, le flux d'air autour d'une membrane de savon provoque le déplacement du motif, mais si la membrane peut être isolée du flux d'air, le motif peut rester stable pendant plusieurs minutes. L'équipe a donc également testé son laser sur des membranes de savon stables et mobiles.
Les possibilités de cette recherche sont assez énormes. L'utilisation de la bulle comme support a des implications pour l'optofluidique, qui est la science de l'interaction de la lumière avec les liquides. Le montage expérimental pourrait être utilisé, par exemple, pour étudier comment forces optiques affecter le flux ramifié.
Et épaississant le film, notent les chercheurs , pourrait permettre un écoulement ramifié en trois dimensions - un phénomène qui a été supposé, mais qui n'a jamais été observé dans aucun contexte.
Il pourrait également être utilisé pour explorer d'autres phénomènes physiques, y compris certains aspects de relativité générale .
'Les films de savon minces pourraient être façonnés en une variété de surfaces courbes pour étudier le flux ramifié dans l'espace courbe', les chercheurs ont écrit dans leur article .
'De telles expériences d'espace courbe sont intimement liées à la relativité générale.'
De plus, si la vidéo peut être bouclée, cela fera un économiseur d'écran absolument génial.
La recherche a été publiée dans La nature .