Les scientifiques utilisent la spectroscopie pour étudier les processus physiques et chimiques, méthode qui consiste à examiner comment la matière absorbe ou émet de la lumière. Mais comme les électrons se déplacent très rapidement, il faut être expérimentalement particulièrement rusé pour les étudier en détail, de façon « résolue » dans le temps.
Après Alain Aspect en 2022, quelle fierté de voir Anne L’Huillier et Pierre Agostini recevoir le Prix Nobel de Physique.
En fait, en 2023, c’est un trio de chercheurs, les deux Français Anne L’Huillier et Pierre Agostini, ainsi que l’Autrichien Ferenc Krausz, qui a décroché ce prix décerné pour des travaux portant sur « les méthodes expérimentales qui génèrent des impulsions lumineuses attosecondes pour l’étude de la dynamique des électrons dans la matière », selon le site officiel de l’Académie suédoise.
Auparavant, les scientifiques pouvaient étudier le mouvement de noyaux atomiques plus lourds et plus lents à l’aide d’impulsions lumineuses d’une femtoseconde, soit 10-15 secondes : mille attosecondes sont comprises dans une femtoseconde. Mais les chercheurs ne pouvaient pas voir les mouvements à l’échelle de l’électron avant de réussir à générer des impulsions lumineuses de l’ordre de l’attoseconde, car les électrons se déplacent trop rapidement pour que l’on puisse déterminer exactement ce qu’ils font à l’échelle de la femtoseconde.
En gros, pour suivre les électrons en temps réel, il faut une impulsion lumineuse plus courte que le temps nécessaire aux électrons pour se réarranger.
Avant Anne L’Huillier, quatre femmes seulement ont obtenu le prix Nobel de physique depuis sa création en 1901 : Marie Curie (1903), Maria Goeppert Mayer (1963), Donna Strickland (2018) et Andrea Ghez (2020).
Au cours de sa carrière, elle a notamment découvert en 1987 qu’en éclairant un gaz noble avec un laser infrarouge, des « harmoniques » de cette lumière apparaissaient sous forme de flash, chacune avec un cycle différent. « Dans mon travail, je vois deux choses fondamentales. L’une est d’observer les électrons et leurs propriétés. L’autre est beaucoup plus pratique : la radiation que nous produisons est aussi utile pour l’industrie des semi-conducteurs que pour l’imagerie. Donc il y a vraiment une application pratique« , a-t-elle expliqué.
Pierre Agostini a soutenu sa thèse à l’université Aix-Marseille en 1968. Par ses études pionnières de l’ionisation atomique en champ laser intense, il a forgé les outils de la métrologie attoseconde permettant de mesurer les flashs de lumière les plus brefs jamais produits, et ainsi de valider expérimentalement les observations d’Anne L’Huillier.
Ferenc Krausz , a pu générer des flashs de lumière attoseconde extrêmement courts qui ont permis pour la première fois de visualiser les mouvements ultra-rapides des électrons et d’en comprendre les mécanismes. Un des travaux sur lequel travaille le chercheur actuellement concerne notamment la méthode des impulsions de laser ultracourtes dans le domaine médical afin de détecter des maladies graves comme le cancer du sein ou de la prostate.
Si aujourd’hui l’attoseconde représente une « barrière ultime », elle sera vraisemblablement un jour franchie. La zeptoseconde (10-21 seconde) est d’ailleurs déjà évoquée parmi les spécialistes. « Au début de mes études, la picoseconde (10-12seconde) était LA frontière ultime ! », se remémore Marino Marsi. Dès lors, on peut imaginer quelles nouvelles barrières restent à franchir, et quelles futures découvertes se cachent encore derrière elles !!!
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