Des physiciens suisses sont parvenus à mesurer une durée infime sans avoir recours à une horloge. © Monoar, Pixabay, CC0 Public Domain

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Mesurer le temps sans horloge

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Être réglé comme une horloge suisse. L'expression est connue de tous. Et voici maintenant que des physiciens de l'École polytechnique fédérale de Lausanne nous proposent d'aller au-delà. De mesurer l'écoulement du temps -- avec une grande précision toujours -- sans avoir à recourir à la moindre horloge.

Lorsque certains matériaux sont excités par un faisceau de photons -- de la lumière --, ils émettent en réponse, des électrons. Un phénomène baptisé photoémission. Jusqu'alors, les scientifiques le tenaient pour instantané. Or une équipe de physiciens suisses de l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) vient d'apporter la preuve d'un décalage d'un milliardième de milliardième de seconde -- soit une attoseconde -- entre l'excitation de l'électron par les photons et son émission.

Et le plus étonnant, c'est qu'ils sont parvenus à mesurer cet infime décalage dans le temps... sans horloge ! « Avec notre expérience, nous mesurons le temps d'une manière indirecte », raconte Hugo Dil, chercheur à l'EPFL. Grâce à une spectroscopie de photoémission résolue en spin et qui est donc capable de déterminer celui des électrons photo-émis par un cristal de cuivre. Un spin dont la polarisation peut être corrélée avec ce décalage.

Le spin — représenté ici par un physicien-sculpteur — est une propriété quantique intrinsèque des particules. Elle donne l’impression que celles-ci tournent autour de leur axe. Les implications théoriques et pratiques sont de taille. Ainsi le degré d’inclinaison de cet axe est appelé polarisation du spin et confère à certains matériaux leurs propriétés magnétiques. © Julian Voss-Andreae, Wikipedia, CC by-SA 3.0

Des applications fondamentales et concrètes

Déterminer l'échelle de temps de la photoémission permet en fait d'accéder aux propriétés de fonction d'onde des électrons en question. C'est-à-dire à la description quantique de la probabilité de l'endroit où ils peuvent être trouvés à n'importe quel moment.

« Nous avons pu accéder à l'une des échelles de temps les plus courtes jamais mesurées », souligne Hugo Dil. « Et ainsi toucher du doigt la nature fondamentale du temps lui-même. » De quoi pénétrer plus en détail le processus de photoémission. Mais également exploiter ces informations en spectroscopie de la photoémission sur des matériaux d'intérêt comme le graphène ou les supraconducteurs à haute température.

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