Sciences

Le prix Nobel de physique récompense des travaux en optique quantique

ActualitéClassé sous :physique , prix Nobel de physique , optique quantique

-

Le prix Nobel de physique 2005 a été attribué conjointement à l'Américain Roy Glauber, pour ses travaux sur la théorique quantique de la cohérence optique, à l'Américain John Hall et à l'Allemand Theodor Hänsch pour les progrès qu'ils ont apportés au domaine de la spectroscopie laser à haute résolution.

Ted Hänsch avec ses étudiants, quelques minutes après l'annonce du comité Nobel (photo F. Schmidt)

Roy Glauber, né en 1925, travaille à Harvard. Dans les années 1960, ses contributions à la compréhension des propriétés de cohérence de la lumière font de lui l'un des pionniers de l'optique quantique moderne. Ses travaux expliquent notamment pourquoi les photons émis par une source thermique ont tendance à être détectés par paires, alors que ces corrélations sont absentes dans le cas de la lumière laser.

John Hall, né en 1934, et Theodor Hänsch, né en 1941, sont quant à eux récompensés pour de nombreuses contributions à la spectroscopie laser, et en particulier pour la mise au point récente de "peignes de fréquence" permettant la mesure de fréquences optiques avec une précision extrême. Avant l'avènement de cette technique, la mesure précise d'une fréquence optique reposait sur de très complexes chaînes d'oscillateurs dont les fréquences croissantes établissaient un lien entre le domaine des fréquences micro-ondes, dans lequel est définie la seconde (*), et le domaine optique, dont les fréquences sont environ 50000 fois plus élevées. Un peigne de fréquence optique tel que ceux réalisés par Hall et Hänsch dans leurs laboratoires respectifs du NIST (Boulder, Colorado) et du MPQ (Munich) est un dispositif beaucoup plus simple et plus pratique. Il se base sur un laser impulsionnel émettant une lumière composée d'une multitude de fréquences régulièrement espacées, et pouvant être déterminées avec une grande précision (voir l'article de D. Rovera et J.-P. Wallerand). On dispose ainsi d'un large ensemble de fréquences connues de façon absolue, ce qui permet de mesurer une fréquence optique quelconque en la comparant avec la fréquence la plus proche émise par le peigne, le tout avec une précision relative de l'ordre de 10-15.

Ces mesures de fréquences optiques de haute précision sont promises à de nombreuses applications dans les années à venir, en premier lieu dans le domaine de la physique fondamentale : elles devraient permettre des tests plus précis de la relativité générale, ou encore la mesure d'une éventuelle dérive temporelle des constantes fondamentales. Elles sont également un outil essentiel pour l'amélioration des horloges optiques, qui pourraient bien remplacer les horloges de référence actuelles fonctionnant dans le domaine micro-onde.

(*) depuis 1967, la seconde est définie comme la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133