Le prix Nobel de physique 2023 a été décerné à un trio de scientifiques pour leurs outils pionniers utilisés pour étudier le monde des électrons.
Les électrons sont des particules subatomiques qui jouent un rôle dans de nombreux phénomènes que nous observons quotidiennement, de l'électricité au magnétisme. Les trois lauréats du prix Nobel de physique de cette année ont démontré un moyen de créer des impulsions lumineuses extrêmement courtes afin d’étudier les processus impliquant des électrons.
Pierre Agostini de l'Université d'État de l'Ohio aux États-Unis, Ferenc Krausz de l'Institut Max Planck d'optique quantique en Allemagne et Anne L'Huillier de l'Université de Lund en Suède se partageront la somme de 11 millions de couronnes suédoises (822 910 £).
Les changements dans les électrons se produisent généralement en quelques dixièmes d’« attoseconde », soit un milliardième de milliardième de seconde. Pour étudier des événements aussi brefs, une technologie spéciale était nécessaire.
Les lauréats ont développé des méthodes expérimentales qui produisent des impulsions lumineuses si courtes qu'elles peuvent être mesurées en attosecondes. Ceux-ci pourraient ensuite être utilisés pour étudier la dynamique éphémère des électrons dans la matière physique, ce qui n’était pas possible auparavant.
Les impulsions attosecondes, les éclairs lumineux les plus courts jamais produits, ont déclenché une révolution dans la photonique – la science des ondes lumineuses. Ils ont été utilisés pour prendre des instantanés d’électrons dans différents systèmes physiques, comme dans les atomes, les molécules chirales – des molécules qui sont des images miroir les unes des autres – et de très petites nanoparticules, entre autres.
Les lauréats ont tous contribué à permettre l’investigation de tels processus. Pour la première fois, ces impulsions rapides ont permis aux scientifiques de faire correspondre l’échelle de temps de leurs observations aux échelles de temps naturelles et très rapides auxquelles se produisait la dynamique des électrons.
Cette réalisation a nécessité des innovations significatives dans la science et l’ingénierie du laser – innovations sur lesquelles les lauréats du prix Nobel de cette année ont travaillé pendant des décennies.
Anne L'Huiller, Université de Lund. wikipédia, CC BY-SAL’Huillier a découvert un nouvel effet résultant des interactions entre la lumière laser et les atomes d’un gaz. Cette interaction pourrait être utilisée pour produire des impulsions de lumière ultraviolette d’une durée de quelques centaines d’attosecondes chacune.
Agostini et Krausz ont poussé cette découverte encore plus loin. En 2001, Agostini a pu produire de courtes impulsions lumineuses et mesurer leur largeur. La série de sursauts produits à l’aide de la technique appelée RABBIT n’a duré que 250 attosecondes.
Ferenc Krausz. wikipédia, CC BY-SAÀ peu près au même moment, Krausz a développé une approche expérimentale différente, en l'utilisant pour isoler avec succès une impulsion lumineuse d'une durée de 650 attosecondes.
Les deux approches développées par Agostini et Krausz constituent la base de nombreuses recherches sur l'attoseconde menées aujourd'hui.
Il existe des applications potentielles passionnantes pour ces impulsions attosecondes.
Ils pourraient être utilisés pour étudier des phénomènes physiques jusqu’alors inconnus dans différents types de matériaux.
Un domaine dérivé connu sous le nom de commutation ultra-rapide pourrait également conduire un jour au développement d’une électronique très rapide.
La science des impulsions attosecondes pourrait également trouver des utilisations dans le diagnostic médical. En exposant un échantillon de sang à une impulsion lumineuse très rapide, les scientifiques peuvent détecter de minuscules changements dans les molécules de cet échantillon. Cela pourrait conduire à une nouvelle façon de diagnostiquer des troubles, notamment le cancer.
Notre équipe de King’s s’efforce de combiner la résolution des processus physiques permise par les impulsions attosecondes avec de nouvelles avancées dans le traitement de l’information quantique. Cela créerait des impulsions de lumière quantique à l’échelle de temps attoseconde qui pourraient avoir des applications en informatique quantique.
L'attribution du prix Nobel dans ce domaine nous incite à redoubler d'efforts pour innover. Nous souhaitons à nos collègues beaucoup de succès et nous sommes impatients de voir ce qu’ils nous surprendront ensuite.