Et si la lumière pouvait surgir littéralement du vide ? Non, ce n’est pas de la science-fiction. C’est une hypothèse soutenue par la physique quantique depuis plusieurs décennies, mais qui vient tout juste d’être simulée avec un niveau de détail inédit grâce à la puissance des supercalculateurs modernes. Des chercheurs de l’Université d’Oxford viennent de démontrer, par le biais de simulations numériques, que des faisceaux lumineux pourraient émerger du vide lui-même— une idée aussi vertigineuse qu’excitante.

Le vide, pas si vide que ça

Lorsqu’on pense au vide, on imagine un espace totalement dépourvu de matière, un néant absolu. Pourtant, la mécanique quantique nous enseigne que le vide est loin d’être inactif. Il est rempli de ce que l’on appelle des fluctuations quantiques, des variations d’énergie spontanées et momentanées qui donnent naissance à des particules et antiparticules virtuelles, comme des électrons et des positons, qui apparaissent et disparaissent en un clin d’œil.

Ce « bouillonnement » du vide est à la base de nombreux phénomènes étranges et bien réels, comme l’effet Casimir ou la polarisation du vide. Mais la création de vraie lumière, des photons observables issus du vide, restait jusqu’ici un phénomène purement théorique.

Faire jaillir des photons du néant

L’équipe dirigée par la physicienne Zixin Zhang, de l’Université d’Oxford, a utilisé des simulations 3D ultraprécises grâce au logiciel OSIRIS pour explorer un phénomène quantique prédictif appelé le mélange à quatre ondes dans le vide. Le principe ? Faire interagir plusieurs faisceaux laser très puissants dans le vide afin d’en générer de nouveaux, sans rien ajouter d’autre que de la lumière elle-même.

Dans leurs modèles, trois impulsions laser ultra-intenses traversent une région du vide et viennent perturber les particules virtuelles qui s’y trouvent. Ces interactions créent des effets non-linéaires : elles peuvent modifier les propriétés des faisceaux, générer de nouvelles longueurs d’onde et, surtout, faire émerger des photons observables à partir des fluctuations du vide.

En clair : la lumière jaillit littéralement de rien. Du moins, de « rien » au sens classique. Car dans le monde quantique, le vide est loin d’être un espace inerte.

Des lasers pour sonder les profondeurs de la réalité

Évidemment, il ne s’agit pas de n’importe quels lasers. Les simulations s’appuient sur des impulsions multipétawatts, des puissances bien au-delà de tout ce qu’on trouve dans notre quotidien. Un pétawatt équivaut à un million de milliards de watts, soit environ 10 millions de fois la puissance totale d’un réacteur nucléaire classique.

De telles puissances existent déjà dans certains laboratoires de pointe, comme l’installation ELI (Extreme Light Infrastructure) en Roumanie, capable d’émettre des faisceaux de 10 pétawatts. Mais ce n’est qu’un début : le Royaume-Uni prépare une nouvelle installation de 20 pétawatts, et les États-Unis, via l’Université de Rochester, projettent un projet (EP-OPAL) à deux faisceaux de 25 pétawatts. Ces futures plateformes pourraient valider les prédictions de Zhang et de son équipe de façon expérimentale.

Quand le vide devient un milieu optique

Parmi les effets observés dans les simulations, un phénomène bien connu des opticiens est apparu : la biréfringence. Dans les matériaux classiques comme certains cristaux, ce phénomène provoque un dédoublement de la lumière selon son axe de polarisation. Mais ici, c’est le vide lui-même qui devient biréfringent, sous l’effet de la polarisation extrême des paires électron-positon virtuelles.

Dit autrement, le vide commence à se comporter comme un matériau traversé par la lumière, un milieu réactif à haute énergie. C’est une confirmation spectaculaire que le vide est un système dynamique, capable de modifier le comportement de la lumière — et même d’en créer.

Un pas vers une nouvelle physique ?

Ces travaux ne remettent pas en cause les lois actuelles de la physique, mais ils permettent d’en sonder les limites. En simulant — et bientôt en reproduisant — des effets non linéaires dans le vide, les chercheurs peuvent tester la validité de la théorie quantique des champs dans des conditions extrêmes. Et qui sait ? Peut-être qu’en poussant les puissances laser encore plus loin, de nouvelles formes de matière ou de lumière pourraient voir le jour.

En résumé

Oui, il est théoriquement possible de produire de la lumière à partir du vide, sans poussière, sans matière, sans énergie extérieure autre que celle fournie par des faisceaux laser. Les simulations récentes de l’équipe d’Oxford ouvrent une voie vers des expériences qui exploreront les zones les plus étranges de la physique moderne, là où le vide devient matière, et où la lumière peut surgir du néant.