Prix Nobel de Physique 2023 !
Conférence de Anne L'Huillier : https://www.youtube.com/live/sQYKm7n5ZFE?si=UfLjOTkLLtpwd3p6&t=736
The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the Nobel Prize in Physics 2023 to Pierre Agostini, Ferenc Krausz and Anne L’Huillier “for experimental methods that generate attosecond pulses of light for the study of electron dynamics in matter.”
Annonce du Prix Nobel de physique 2023
D'après www.pourlascience.fr
Lors d’une compétition sportive, le photographe doit minutieusement régler le temps de pose de l’obturateur. Si ce dernier est trop long, l’athlète sera flou. Plus le mouvement que l’on veut regarder est rapide, plus il est nécessaire d’avoir un temps d’exposition bref. Mais quand il s’agit de comprendre le mouvement des électrons dans les atomes et les molécules, il est nécessaire d’user d’astuces sous la forme de flashs de lumière extrêmement courts.
Le comité Nobel récompense cette année Anne L’Huillier, Pierre Agostini et Ferenc Krausz pour les méthodes expérimentales capables de produire des impulsions de lumière de l’ordre de l’attoseconde, qui rendent possible l’étude de la dynamique des électrons dans la matière.
Dans une molécule, les atomes se déplacent sur des échelles de temps de l’ordre de la femtoseconde (10–15 seconde). Mais quand on passe des atomes aux électrons, parce que ces derniers sont bien plus légers que les premiers, ils se déplacent d’autant plus vite et il faut entrer dans la gamme de temps de l’attoseconde (10–18 seconde). Pour donner une idée du vertigineux de ces chiffres, il y a presque autant d’attosecondes dans une seconde qu’il n’y a de secondes écoulées depuis le Big Bang, c’est-à-dire en 13,8 milliards d’années !
La femtoseconde a longtemps été considérée comme la limite technologique atteignable pour des impulsions de lumière. Jusque dans les années 1980, on pensait que l’amélioration des dispositifs ne permettrait pas d’atteindre l’attoseconde. Il fallait trouver une autre stratégie pour pénétrer le royaume de l’électron… L’idée est de partir de la superposition de différentes sources laser d’amplitudes et de fréquences diverses. Les ondes se combinent de sorte qu’elles s’amplifient quand les crêtes sont alignées ou tendent à s’annuler ailleurs. On obtient alors une impulsion très courte. C’est la stratégie utilisée pour construire des lasers de l’ordre de la femtoseconde. Mais pour pouvoir émettre des impulsions plus courtes, il faut des ondes de fréquences plus élevées.
En 1987, Anne L’Huillier, alors en France et aujourd’hui à l’université de Lund, en Suède, et ses collègues ont fait une observation cruciale : en émettant des impulsions de l’ordre de la femtoseconde de lumière infrarouge à travers un gaz noble, les chercheurs produisaient d’intenses harmoniques avec des fréquences plus élevées que la source laser initiale. Ces émissions viennent des interactions du laser avec les atomes du gaz. Les électrons sont, dans un premier temps, arrachés à leur atome mais le champ électromagnétique du laser les précipite vers leur atome avec une énergie très élevée. Cet excès d’énergie est alors émis sous la forme d’un rayonnement de haute fréquence, dans l’ultraviolet.
Il reste à contrôler ces différents rayonnements et leur amplitude pour les ajouter, de sorte à obtenir une impulsion de l’ordre de l’attoseconde. Il faut attendre 2001 pour voir les premières réalisations de dispositifs à cette échelle. Pierre Agostini, alors en France et maintenant à l’université d’État de l’Ohio, aux États-Unis, et son groupe ont construit un système capable d’émettre des impulsions de 250 attosecondes.
La même année, l’équipe de Ferenc Krausz, de l’institut Max-Planck d’optique quantique, à Garching, a montré comment isoler une impulsion unique de 650 attosecondes. Ces dispositifs à l’échelle de l’attoseconde sont aujourd’hui indispensables pour étudier le comportement des électrons dans la matière, en particulier pour concevoir des systèmes électroniques, ou pour étudier des molécules, à des fins de diagnostic médical.
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