Un record en métrologie vient de tomber. Une équipe allemande de l'Institut Max Planck en coopération avec des scientifiques américains ont produit la première impulsion lumineuse au monde dont la durée est inférieure à 100 attosecondes.
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Une attoseconde, soit 10-18 seconde, ou un milliardième de milliardième de seconde, représente une duréedurée si courte qu'il est difficile de se la représenter. A l'échelle atomique en revanche, elle est suffisamment longue pour que des phénomènes importants se déroulent pendant ce laps de temps. Les électronsélectrons se déplacent si vite qu'en quelques attosecondesattosecondes ils passent d'un atomeatome à un autre à l'intérieur des moléculesmolécules ou dans les solidessolides. Ces mouvementsmouvements ultrarapides sont responsables d'émissionsémissions de lumièrelumière dans les domaines du visible, de l'ultravioletultraviolet et même des rayons Xrayons X. Ils sont également responsables du fonctionnement des biomolécules ou de l'influx nerveuxinflux nerveux qui transporte l'information le long des nerfsnerfs. On aimerait pouvoir décrypter toute cette agitation incessante, pour progresser dans le traitement des maladies ou pour réaliser de composants électroniques plus efficaces et plus petits.

Cette avancée vers l'infiniment court passe par la production d'impulsions laserlaser inférieures à la femtosecondefemtoseconde (10-15 seconde). On pourrait alors réaliser l'analogue des photographiesphotographies à grande vitessevitesse sur lesquelles les étapes des mouvements d'objets très rapides se dévoilent.

Justement, les chercheurs viennent de produire des impulsions dont la durée n'est que de 80 attosecondes environ. Ce sont encore Ferenc Krausz et ses collègues du Max-Planck Institut für Quantenoptik qui sont impliqués dans cette performance, en coopération avec des équipes de la Ludwig-Maximilians-Universität de Munich et de l'Advanced Light Source à Berkeley (Etats-Unis). Que de chemin parcouru depuis le premier laser optique !

Une pichenette sur des électrons pour produire l'impulsion

« Les électrons sont omniprésents dans les processus vitaux microscopiques comme dans la technologie. Leurs mouvements ultrarapides régissent le déroulement de tous les processus biologiques et chimiques, ainsi que la vitesse des microprocesseursmicroprocesseurs qui constitue la base des ordinateurs », rappelle Ferenc Krausz. Beaucoup de ces processus, comme le transfert d'énergieénergie entre les électrons ou la réponse des atomes et des molécules soumis à des forces extérieures, peuvent avoir lieu en quelques attosecondes seulement. « Avec nos impulsions lumineuses, nous rendons ces phénomènes plus clairement visibles, ajoute le physicienphysicien. Grâce à la technologie attoseconde nous serons peut-être un jour capable d'observer en temps réel comment les mouvements  microscopiques des électrons dans les molécules lancent des maladies telles que par exemple, le cancer. »

Pour produire des impulsions aussi courtes, les chercheurs ont créé, avec un laser dans le domaine de l'infrarougeinfrarouge, un paquet d'ondes finement ajusté pour faire osciller les électrons des atomes d'un gazgaz rare en les ionisant presque. Les mouvements d'oscillations produit génèrent alors des impulsions dans le domaine des rayons X durant 80 attosecondes.