Une vitesse supraluminique est une vitesse supérieure à celle de la lumière.
Comme la théorie de la relativité interdit qu'un quelconque transfert d'énergie ou d'information à travers l'espace se fasse à une vitesse dépassant celle de la lumière dans le vide, , une vitesse supraluminique peut être : un transfert d'énergie ou d'information à travers un milieu matériel à une vitesse supérieure à celle de la lumière dans ce milieu mais inférieure à (c'est l'effet Tcherenkov) ; supérieure à mais non associée à un transfert d'énergie ou d'information : vitesse de phase des ondes électromagnétiques, déplacement d'une ombre en lumière rasante, diffusion Brillouin et phénomènes similaires, expansion de l'espace lui-même, notamment juste après le Big Bang et pendant la période inflationnaire, existence (hypothétique) de particules, les tachyons, ne se déplaçant qu'à des vitesses supérieures à et n'interagissant pas avec les particules ordinaires ; supérieure à par observation apparente (mais inférieure à ) : mouvement supraluminique de jet de matière astrophysique à vitesse relativiste ; supérieure à et en contradiction avec la théorie : en raison d'erreurs de mesure qui n'ont pas été comprises dans un premier temps (comme celle de la vitesse des neutrinos dans l'expérience OPERA), dans la littérature de science-fiction.
Historique
Galilée aurait essayé de mesurer la vitesse de la lumière, sans succès étant donné les moyens dont il disposaitVoir, par exemple, cette analyse de G.Paturel.. René Descartes et Pierre de Fermat, sans réussir à la mesurer, ont toujours considéré la vitesse de la lumière comme finie. Les physiciens de la physique classique ont également toujours supposé cette vitesse comme finie, et l'idée de son dépassement était de peu d'intérêt car non problématique en théorie. En 1800, dans le cadre d'un espace physique euclidien (seul imaginé à l'époque), Pierre-Simon de Laplace montre que la vitesse de propagation de la gravitation doit être très grande, bien plus élevée que la vitesse de la lumière connue à l'époque, en raison de l'accélération séculaire de la Lune..
vignette|Diagramme de composition des vitesses relativistes. Le caractère asymptotique de la vitesse c (ici, égale à 1) apparaît nettement. Le dépassement de la vitesse de la lumière dans le vide devient un problème théorique à partir de la création de la théorie de la relativité restreinte (en 1905), qui postule que cette vitesse est la même dans tout référentiel inertiel (hypothèse d'Einstein « par pure nécessité logiqueJames H. Smith, Introduction à la relativité, InterEditions, 1968 ( 1979 , réédité par Masson (Dunod - 1997), ), §2-8 et §2-9. »), ce qui la rend indépassable d'après les calculs théoriques, et ce que confirment nombre d'expériences et observations depuis. La relativité générale conclut que la vitesse de propagation de la gravitation (et donc des gravitons) est égale à celle de la lumière dans le vide . ; cette affirmation est confirmée le par le délai de détection d'ondes gravitationnelles entre les premier et second centres du LIGO, .
Il s'avéra rapidement que le concept de « vitesse de la lumière » peut relever non pas d'une, mais d'une demi-douzaine de définitions distinctes : vitesses de groupe et de phase, de signal (la vitesse intuitive des mécaniciens), de front, de sommet, de transport de l'énergie, de transport de l'information…
En physique des particules Tachyons
vignette|Visualisation d'un tachyon. Comme cette particule se déplace à une vitesse supérieure à celle de la lumière, on ne pourrait pas la voir arriver. Après son passage, on pourrait voir deux images du tachyon, s'éloignant dans des directions opposées. La ligne noire est l'onde de choc de l'effet Tcherenkov, dont on a seulement représenté l'état à un moment donné.
Les tachyons sont des particules hypothétiques, qui constituent essentiellement une expérience de pensée sur la possibilité d'existence de particules supraluminiques sans contredire la relativité. En effet, dans son article décrivant ces particules, Gerald Feinberg posait son « principe de réinterprétation » qui empêche d'employer les tachyons pour communiquer de l'énergie ou de l'information à vitesse supraluminique..
Au contraire des particules ordinaires, dont la vitesse est obligatoirement inférieure à c, les tachyons ont une vitesse obligatoirement supérieure à c. Suivant les équations de relation entre la masse et l'énergie, cela implique également que la masse au repos d'un tachyon est un nombre imaginaire.
En physique, un tachyon ne correspondrait pas à une particule ayant une réalité matérielle mais serait une indication que la théorie dans laquelle ils apparaissent possède une forme d’instabilité. Dans ce cas c'est un signe que la théorie a été formulée en faisant un mauvais choix de variables. Lorsqu'on formule la théorie en prenant de bonnes variables les tachyons disparaissent.
Neutrinos Expérience OPERA et autres mesures vignette|Détecteur de l’expérience OPERA. En , les physiciens travaillant sur l'expérience OPERA annoncent que le temps de vol mesuré des neutrinos produits au CERN est inférieur de à celui attendu pour des particules se déplaçant à la vitesse de la lumière (communiqué de presse), CERN... Cela pourrait signifier que le neutrino se déplace à une vitesse de , soit de plus que la vitesse de la lumière.
Une telle déviation avait déjà été mesurée par le détecteur MINOS, mais restait compatible avec la vitesse de la lumière dans les marges d'incertitude liées à la mesure .. La mesure obtenue par OPERA concerne quant à elle une statistique de recueillis depuis 2008 (après une mise à jour du détecteur), soit une significance de . Le résultat d'OPERA incitait alors les chercheurs de MINOS à améliorer leur système de mesure de temps pour être en mesure de confirmer effectivement le dépassement de vitesseDavid Larousserie avec Agathe Duparc Excès de vitesse des neutrinos, Le Monde, ..
D'après Jean-Marc Lévy-Leblond, est que les conclusions tirées de cette mesure sont dues à , et probablement erronées.. Toutefois, selon Pierre Binétruy (directeur du laboratoire AstroParticule et Cosmologie et Prix Paul-Langevin 1999) ..
Globalement, les scientifiques ne remettent pas en question les mesures de l’expérience, mais restent modérés quant à son interprétation et s'interdisent de remettre en question la relativitéInterviews audio de Claude Joseph (physicien, professeur honoraire à l'Université de Lausanne) ; d’Alain Blondel (chef du Groupe de physique des neutrinos à l'Uni de Genève) et de Pierre Bine-Truy (théoricien de la physique et professeur à l'université )..
Une autre observation sur ce thème est celle des neutrinos émis par la supernova , ne permettant pas de supposer une vitesse supraluminique (trois heures d'écart sur ). Mais, il existe trois catégories de neutrinos différents : neutrino électronique e, neutrino tauique τ et neutrino muonique µ, et ce n'est que pour cette dernière catégorie que les chercheurs de l'expérience OPERA ont mesuré une vitesse supérieure à celle de la lumière.
Le , la collaboration OPERA annonce de nouveaux résultats qui confortent les précédents. En utilisant des impulsions de protons beaucoup plus courtes (, séparées de ) afin d'éliminer tout biais lié à l'utilisation de la corrélation de la densité de probabilité du temps d'émission des protons du SPS avec la densité de probabilité de détection des neutrinos au LNGS. Cette méthode permet de mesurer le temps de vol de chaque neutrino, la durée des impulsions étant plus courte que le décalage mesuré précédemment. Vingt neutrinos ont été détectés avec une avance moyenne de sur la vitesse de la lumière, cohérente avec les résultats précédents« À nouveau, les neutrinos courent plus vite que la lumière », Le Monde avec AFP, ..
Le , la revue Science fait état d'une mauvaise connexion au niveau de la fibre optique reliant un GPS à une carte électronique du dispositif expérimental d'OPERA, qui pourrait être à l'origine de l'effet observé.. Le , le CERN confirme que cette hypothèse est en cours d'investigation, tout en mentionnant une autre défaillance possible au niveau d'un oscillateur utilisé pour la synchronisation avec un GPS, qui accentuerait l'effet observé. L'expérience reconduite avec un câblage correct confirme que les neutrinos voyagent à une vitesse inférieure à celle de la lumière dans cette expérience..
Exemples d'études antérieures Des théoriciens ont envisagé que les neutrinos aient une vitesse supraluminique, notamment des physiciens chinois . , Guang-jiong Ni, Tsao Chang.. parmi lesquels Ni Guang-Jiong qui a cherché une cohérence de cette hypothèse avec la relativité restreinte dans des mesures admettant que leurs masses puissent être des imaginaires purs , Guang-jiong Ni. , Guang-Jiong Ni. , Guang-jiong Ni., Guang-jiong Ni., ouvrage collectif sous la direction de Valeri V. Dvoeglazov ; et suivantes.. D'autres chercheurs américains, parmi lesquels J.N. Pecina-Cruz , J.N. Pecina-Cruz. ont aussi envisagé ce cas. Rien ne permet de dire que ces travaux ont prédit des effets similaires à ceux (finalement non confirmés) mesurés par OPERA, ou en apportent une interprétation ou une explication valide.
Effet Vavilov-Tcherenkov
Très familier pour le personnel des centrales nucléaires, c'est l'effet visuel qui se produit lorsque certaines particules atomiques dépassent le mur de Tcherenkov, c’est-à-dire, la vitesse de la lumière dans un milieu donné autre que le vide.
Pour les centrales nucléaires, il s'agit de l'eau. En effet, dans un tel milieu, la vitesse de propagation de la lumière est de (contre presque dans le vide), tandis que celle des électrons est de dans le même milieu. L'effet Čerenkov lors du dépassement de la lumière est alors analogue à l'effet Mach lorsqu'on dépasse le mur du son ; mais « lumineux » et non « sonore » : l'onde de choc est un flash lumineux qui poursuit la particule chargée. Cet effet est la cause du rayonnement de lumière bleue qui émane des piscines de refroidissement des réacteurs nucléaires.
Ici la relativité n'est pas mise en défaut dans la mesure où seule la vitesse de la lumière dans le vide constitue une limite théorique. La lumière se propageant moins vite dans un milieu matériel ; il est ainsi possible de se déplacer plus vite que la lumière, mais toujours moins vite que .
vignette|Représentation géométrique de l'effet Vavilov-Čerenkov.|centré
Effet STL vignette|Il est également possible de ralentir la lumière à travers un cristal photonique.|gauche