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Des physiciens créent une lumière 1 milliard de fois plus lumineuse que le Soleil

Crédits : University Communication|University of Nebraska-Lincoln

Une équipe de chercheurs rapporte avoir créé la lumière la plus brillante jamais produite sur Terre : un laser d’une luminosité équivalente à un milliard de fois à celle de la surface du soleil. Pulsés à une telle intensité, les électrons se sont alors comportés de façon très étrange.

Dans la revue Nature Photonics, des chercheurs de l’université du Nebraska à Lincoln (UNL), aux États-Unis, annoncent avoir créé la lumière la plus brillante du monde en utilisant l’un des lasers les plus puissants des États-Unis : le laser Diocles. En frappant des électrons avec une telle intensité, les chercheurs ont alors découvert un comportement inattendu de la matière. « Lorsque nous avons cette lumière inimaginablement brillante, il apparaît que la dispersion des photons – cette chose fondamentale qui rend notre environnement visible – change fondamentalement de nature », a déclaré dans un communiqué Donald Umstadter, physicien au laboratoire de lumière extrême de l’UNL.

En temps normal, quand les photons touchent un objet, ceux-ci entrent en interaction avec les électrons qui entourent les noyaux des atomes (ici des atomes d’hélium) qui composent cet objet. Ces particules étant chargées négativement, les photons sont alors dispersés selon le même angle et avec la même énergie qu’ils possédaient avant de frapper les électrons. C’est cette interaction entre photons et électrons qui nous permet de voir les objets. Mais un électron ne disperse ici qu’un seul photon à la fois. En revanche, les chercheurs se sont rendu compte que la dispersion des électrons était différente avec une intensité dans la lumière comme celle récemment observée en laboratoire.

Dans le cadre de cette expérience, chaque électron fut bombardé par non plus un, mais par un millier de photons, chaque pulsation du laser ne durant qu’environ trente milliardièmes d’un millionième de seconde. Lorsque le laser frappe les électrons d’une lumière un milliard de fois plus intense que celle qui règne à la surface du Soleil, le comportement des électrons s’en retrouve alors complètement chamboulé. L’équipe a constaté qu’au-dessus d’un certain seuil, la luminosité du laser modifiait l’angle, la forme et la longueur d’onde de cette lumière.

Que-ce que cela implique et quelles sont les applications possibles d’une telle technique ? Lorsqu’un objet devient normalement plus brillant, son apparence ne change pas. Mais dans cette expérience, l’intensité est si forte que la lumière change l’objet. La lumière se déclenche à différents angles, avec différentes couleurs en fonction de sa luminosité. Selon les chercheurs, nous pourrions utiliser les propriétés uniques de ce rayonnement X dans de nombreux domaines, notamment pour générer des images tridimensionnelles sur l’échelle nanoscopique tout en réduisant l’énergie nécessaire pour les produire.

Ces propriétés seraient utiles pour détecter des tumeurs ou des microfractures qui échappent aux rayons X conventionnels ou cartographier les aspects moléculaires des matériaux nanoscopiques dans les semi-conducteurs. Les physiciens atomiques et moléculaires pourraient également utiliser ce type de radiographie comme une caméra ultrarapide pour capturer des instantanés du mouvement des électrons ou des réactions chimiques. De notre côté, nous pourrions tout simplement savoir que la lumière la plus brillante jamais créée oblige les électrons à faire des choses très bizarres et que finalement, nous avons encore beaucoup de choses à apprendre sur les bases de notre monde.

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