La polarisation de la lumière crée de l’art, explique les concepts mathématiques

La polarisation de la lumière sous-tend une variété d’innovations technologiques récentes, y compris le cinéma 3D et les écrans LCD. Dans les écrans LCD, de minuscules éléments à cristaux liquides contrôlables électroniquement sont pris en sandwich entre des polariseurs. Si, à la place, d’autres films transparents modifiant la polarisation – comme le papier cadeau en cellophane et le ruban d’emballage – sont placés entre un ensemble de polariseurs, un réseau de couleurs filtrées par polarisation peut être observé.

Dans le Journal américain de physiqueAaron Slepkov, de l’Université de Trent au Canada, explore la physique de l’émergence de telles couleurs, comment elles peuvent être contrôlées et pourquoi des changements subtils dans l’angle de vision, l’orientation de l’échantillon et l’ordre des couches de films entre les polariseurs peuvent avoir des effets dramatiques sur les couleurs observées.

La recherche met l’accent sur des exemples visuels de concepts liés à la biréfringence, tels que l’addition, la soustraction et l’ordre des opérations. Par exemple, la nature non commutative de l’addition biréfringente est généralement illustrée à l’aide de mathématiques matricielles formelles. Cependant, dans ce cas, les chercheurs utilisent la visualisation des couleurs.

« J’utilise un langage visuel de coloration pour illustrer la physique subtile qui n’est souvent démontrée que mathématiquement », a déclaré Slepkov.

Il a été inspiré, en partie, par le travail de l’artiste Austine Wood Comarow, qui a fait carrière dans l’application de techniques de coloration filtrées par polarisation dans les beaux-arts. Austine a inventé le terme «polage», ou polarisation du collage, pour désigner son art.

Austine a créé un large éventail d’œuvres en utilisant des couches sophistiquées de cellophane coupée et d’autres films polymères biréfringents, entrecoupées de couches de polariseurs de film. Ses pièces vont de petites pièces autonomes qui tiennent sur une étagère à des installations massives couvrant toute la carrière dans des institutions, telles que le Disney Epcot Center en 1981 et le Gyeongsangnam-do Institute of Science Education, à Jinju, en Corée du Sud, en 2017.

« Dans ce travail, je clarifie le lien entre le filtrage de polarisation et les couleurs observées. Je démontre comment divers aspects de la biréfringence dans les films ménagers courants offrent des opportunités et des défis pour leur utilisation dans l’art », a déclaré Slepkov.

Pour créer une couleur filtrée par polarisation, tout ce qui est nécessaire est un échantillon biréfringent pris en sandwich entre des polariseurs qui forment une porte de polarisation. De nombreux articles ménagers peuvent fournir une gamme kaléidoscopique de couleurs et de motifs.

Les couverts en plastique transparent, par exemple, fournissent une démonstration classique, où une contrainte localisée dans la structure du polymère entraîne une biréfringence différentielle, observable à travers une grille de polarisation. De même, un film plastique de cuisine plié quelque peu au hasard, un film de panier-cadeau et un ruban adhésif en couches peuvent former des images complexes rappelant les vitraux.

« La manipulation de films biréfringents dans le but de créer des images en couleur est amusante et intellectuellement stimulante. Une grande partie de la physique nuancée de la polarisation, de la biréfringence, de la retardance et de la théorie des couleurs peut être observée dans cette entreprise accessible mais expansive », a déclaré Slepkov.