Interactions dans les régimes de couplage faible et fort (I)

L’électrodynamique quantique nous montre que les interactions lumière-matière forment un domaine beaucoup plus riche en possibilités que l’approche semi-classique ne le laisse entendre. Pour comprendre la physique en jeu, il faut rappeler les propriétés du vide selon l’électrodynamique quantique. Les interactions lumière-matière peuvent être classées dans deux régimes distincts, les régimes dits de couplage faible et fort. Dans le régime de couplage faible, les propriétés radiatives des molécules peuvent être modifiées comme l’a montré Karl Drexhage dès 1968. Il a étudié les propriétés radiatives d’un complexe d’Europium à différentes distances devant un miroir et a montré que la durée de vie et l’intensité de fluorescence varient en fonction de la densité d’états du vide. Dans le régime de couplage fort, les interactions sont si fortes qu’ils se forment des états hybrides lumière-matière, dites polaritoniques, même dans l’obscurité du champ du vide. La séparation de Rabi des états polaritoniques est traitée théoriquement par le modèle de Jaynes-Cummings. Lorsque beaucoup de molécules sont fortement couplées à un même mode d’une cavité optique, les états polaritoniques sont collectifs et la séparation de Rabi peut atteindre des énergies de l’ordre de l’électronvolt.