Une étude, dont les résultats intitulés «Spatially structured photons that travel in free space slower than the speed of light» ont été publiés dans la revue Science, a permis ralentir la lumière, réputée avoir une vitesse constante dans le vide en jouant uniquement sur la forme du faisceau laser utilisé.

Rappelons tout d'abord que «depuis une quinzaine d’années, les chercheurs savent en fait ralentir la lumière, voire l’arrêter avant de la réémettre, en utilisant des milieux particuliers, à base d’atomes très froids notamment» et que, d'autre part, «il est aussi bien connu que la lumière va moins vite dans l’eau ou l’air que dans le vide».

La nouveauté de l'étude ici présentée est d'avoir travaillé dans le vide pour montrer que «la vitesse dépend de la forme du faisceau lumineux, comme prédit par la théorie de l’électromagnétisme de Maxwell».

Plus précisément, alors qu'en réalité «un faisceau est limité transversalement» puisqu'un laser focalisé, par exemple, «a plus d’intensité au centre qu’en périphérie», jusqu’à présent «la littérature scientifique se limitait à la description d’ondes planes» dont «le front d’avancé est un plan perpendiculaire à la direction de propagation» de sorte qu'en «chaque point de ce plan, l’intensité est toujours la même».

Il faut ajouter que des techniques rendent possible la modification de la forme spatiale d’un faisceau «en utilisant, pour 'sculpter' la lumière, des modulateurs spatiaux de lumière analogues à ceux que l’on trouve dans les projecteurs vidéos». Comme en mécanique quantique, un photon se décrit également comme une onde, ce type de procédure peut même s'appliquer à un seul 'grain de lumière'.

Du fait que dans ces cas «les équations tout à fait classiques de l’optique montrent que la vitesse n’est plus la même», l'expérience menée sur un faisceau très focalisé indique logiquement, au moyen d'un 'chronomètre' bien particulier, qu'il s’est propagé «à une vitesse légèrement inférieure à celle d’une onde plane».

Ce chronomètre, qui utilise «des faisceaux contenant des photons uniques corrélés», est basé sur «un effet quantique publié en1987» qui stipule que «si deux photons corrélés arrivent exactement en même temps sur une lame de verre semi-réfléchissante, alors ils se 'regroupent' et sortent tous les deux dans la même direction (soit en traversant la lame, soit en étant réfléchis)», alors que cet effet «n’existe pas s’ils arrivent sur l’obstacle avec un très petit décalage temporel».

C'est ainsi, qu'il a pu être constaté que «le faisceau laser ralenti est arrivé, à l’issu d’une course sur 1 mètre, dix micromètres derrière un laser normal, soit avec trente femtosecondes d’écart».