Pour tout son possibilités, la nature a tendance à rejouer une scène particulière encore et encore : la confrontation entre la matière et la lumière.
Il met en scène la scène d’un nombre pratiquement infini de façons, mais dans les versions les plus familières, la lumière déclenche un processus physique qui commence lorsqu’un photon frappe un atome ou une molécule. Dans la photosynthèse, les photons du soleil frappent les molécules de chlorophylle dans une plante pour libérer des électrons, déclenchant la conversion chimique du dioxyde de carbone et de l’eau en sucre et en oxygène. Lorsque vous attrapez un coup de soleil, les photons de la lumière ultraviolette frappent et endommagent les molécules d’ADN de votre peau. Vous trouverez également le processus dans la technologie, comme dans les panneaux solaires, où des atomes de silicium disposés dans un cristal convertissent les photons du soleil en un flux d’électrons qui génère de l’énergie électrique.
Mais les physiciens ne connaissent toujours pas les détails de ce qui se passe lorsque les photons rencontrent des atomes et des molécules. Le play-by-play se déroule sur des attosecondes, qui sont des quintillionièmes de seconde (ou 10-18 de seconde). Il faut un laser spécial qui déclenche des impulsions de plusieurs attosecondes pour étudier de tels phénomènes éphémères. Vous pouvez penser à la longueur d’une impulsion laser un peu comme la vitesse d’obturation d’un appareil photo. Plus l’impulsion est courte, plus vous pouvez clairement capturer un électron en mouvement. En étudiant ces moments, les physiciens acquièrent une meilleure compréhension d’un processus fondamental omniprésent dans la nature.
Le mois dernier, des physiciens de plusieurs institutions universitaires en Chine ont publié des résultats dans Physical Review Letters montrant qu’ils mesuraient le temps qu’il fallait à un électron pour quitter une molécule à deux atomes après qu’elle ait été illuminée par une impulsion laser infrarouge extrêmement brillante et courte. Alors qu’une molécule à deux atomes est relativement simple, leur technique expérimentale “ouvre une nouvelle voie” pour étudier comment la lumière interagit avec les électrons dans des molécules plus complexes, écrivent les auteurs dans l’article. (Ils n’ont pas accepté une interview avec WIRED.)
Dans l’expérience, les chercheurs ont mesuré le temps qu’il a fallu à l’électron pour quitter la molécule après que les photons du laser l’ont frappé. Plus précisément, ils ont découvert que l’électron faisait des allers-retours entre les deux atomes pendant 3 500 attosecondes avant de décoller. Pour mettre cela en perspective, c’est un quadrillion de fois plus rapide qu’un clin d’œil, qui prend un tiers de seconde.
Pour garder le temps dans cette expérience, les chercheurs ont suivi une propriété de la lumière connue sous le nom de sa polarisation, explique la physicienne Alexandra Landsman de l’Ohio State University, qui n’a pas participé à l’étude. La polarisation est une propriété de nombreux types d’ondes et décrit la direction dans laquelle elles oscillent. Vous pouvez penser à la polarisation en imaginant une vague océanique. La direction dans laquelle l’onde culmine et plonge est sa direction de polarisation – elle est à la fois perpendiculaire à la surface de l’eau et perpendiculaire à la direction dans laquelle l’onde se déplace.
Une onde lumineuse est une oscillation dans le champ électromagnétique, ou le champ de force qui imprègne tout l’espace et pousse ou tire sur des charges électriques. Lorsque la lumière traverse un espace, elle fait osciller ce champ, faisant monter et descendre la force du champ de force perpendiculairement à sa direction de déplacement, comme la vague océanique. La polarisation de la lumière décrit la direction dans laquelle le champ oscille. Lorsque la lumière polarisée dans une direction particulière frappe un électron, elle fait basculer cet électron d’avant en arrière parallèlement à cette direction.
