En 1971, le physicien britannique Roger Penrose a proposé que de l’énergie pourrait être extraite d’un trou noir en rotation. Une particule pénétrant dans l’ergosphère, la région où l’espace-temps est entraîné par la rotation du trou noir, pourrait se diviser en deux, un fragment tombant avec une énergie négative et l’autre s’échappant avec plus d’énergie qu’à son arrivée. Le physicien soviétique Yakov Zel’dovich a étendu l’idée aux ondes : une onde se diffusant sur un objet en rotation rapide pourrait en ressortir amplifiée, emportant une partie de l’énergie rotationnelle de l’objet.
Pendant plus d’un demi-siècle, cela est resté une prédiction théorique, impossible à tester directement car personne ne peut manipuler un trou noir en laboratoire. Aujourd’hui, des chercheurs de l’Advanced Science Research Center de la City University of New York (CUNY) ont construit un dispositif de laboratoire qui reproduit la physique essentielle du processus de Penrose-Zel’dovich, sans utiliser de gravité, d’horizon des événements ni de pièces mobiles.
Les travaux, publiés le 8 juillet dans Nature et dirigés par Hadiseh Nasari et Andrea Alù, démontrent la « super-radiance rotationnelle de Floquet » : l’amplification d’ondes électromagnétiques par interaction avec un milieu en rotation synthétique.
Comment simuler une rotation supraluminique
Le défi principal était de créer un objet tournant plus vite que la vitesse de la lumière à sa surface — la condition requise pour l’effet Zel’dovich — sans faire tourner physiquement quoi que ce soit à des vitesses impossibles. L’équipe de CUNY a résolu ce problème avec un anneau de résonateurs électroniques couplés, chacun de la taille d’une pièce de monnaie, dont les propriétés électriques sont modulées séquentiellement autour de l’anneau. Une onde progressive de variations de capacité balaie le circuit comme un stroboscope tournant, créant ce que les chercheurs appellent un « cristal espace-temps » — un milieu dont les propriétés varient à la fois dans l’espace (autour de l’anneau) et dans le temps (la modulation séquentielle).
La vitesse de rotation effective de ce milieu synthétique peut dépasser la vitesse de la lumière, non pas parce qu’un objet physique dépasse cette limite, mais parce que le motif de modulation balaie l’anneau plus vite qu’une onde ne pourrait se propager dans le circuit non modulé. Cette « rotation effective supraluminique » ouvre des bandes interdites de moment angulaire dans la structure de bande du système, créant des canaux de gain paramétrique qui transfèrent l’énergie de la modulation elle-même vers des modes d’ondes électromagnétiques spécifiques.
Seules les ondes possédant les propriétés de moment angulaire orbital correctes se couplent à ces canaux. Le résultat est une amplification sélective en moment angulaire : un transfert régulier d’énergie de la rotation synthétique vers des modes d’ondes sélectionnés, exactement l’analogue ondulatoire du processus de Penrose-Zel’dovich.
« Nous avons créé une plateforme expérimentale polyvalente pour étudier la dynamique rotationnelle extrême dans un environnement de laboratoire contrôlé », a déclaré Alù, professeur distingué au CUNY Graduate Center et directeur fondateur de l’ASRC Photonics Initiative. « Cela fait le pont entre l’ingénierie de Floquet, les milieux variables dans le temps et la physique analogue des trous noirs. »
Ce qui a été réellement mesuré
L’équipe a mesuré les décalages Doppler rotationnels dans l’anneau modulé, confirmé l’existence de bandes interdites de moment angulaire à des vitesses effectives supraluminiques, et observé l’amplification paramétrique de modes sélectionnés dans une largeur spectrale façonnée par la dissipation. L’amplification est large bande — elle fonctionne sur une gamme de fréquences, pas seulement à une résonance unique — et est sélective en moment angulaire, ce qui signifie que différents modes rotationnels du champ électromagnétique sont amplifiés différemment selon leur couplage à la rotation synthétique.
L’expérience n’implique pas de gravité réelle, de courbure de l’espace-temps ou de trou noir. Elle reproduit l’essence mathématique et physique des ondes du processus de Penrose-Zel’dovich dans un circuit électromagnétique. C’est la même distinction qui s’applique à d’autres analogues de la gravité — trous noirs soniques dans les fluides en écoulement, trous noirs optiques dans les milieux non linéaires — où une analogie mathématique permet l’étude de phénomènes autrement inaccessibles.
« Des travaux supplémentaires seront nécessaires avant que ces idées puissent être traduites en dispositifs pratiques », a noté Nasari. Les chercheurs ont identifié des applications potentielles dans les communications sans fil, la photonique, les technologies quantiques et le traitement du signal à large bande, mais celles-ci restent spéculatives.
Néanmoins, l’expérience valide une prédiction théorique vieille de cinq décennies dans un environnement de laboratoire contrôlé et fournit une nouvelle plateforme pour étudier les interactions des ondes avec les milieux en rotation — un régime qui a été extraordinairement difficile à atteindre expérimentalement. Le dispositif est compact, entièrement électronique et n’utilise pas de matériaux exotiques, ce qui le rend facilement reproductible par d’autres laboratoires.
Traduit par Lydie
Source : Nasari, H., Moussa, H., Kasahara, Y. et al. « Observation of Floquet rotational super-radiance. » Nature (2026). DOI : 10.1038/s41586-026-10725-y