Un flash photo ordinaire fige l'instant en quelques centièmes de seconde – mais pour les atomes, c'est une éternité. Dans les molécules, les électrons sautent d'une orbite à l'autre en quelques attosecondes : un milliardième de milliardième de seconde. Pour capturer un tel événement, il faut une impulsion lumineuse plus brève que l'événement lui-même.
Les physiciens prennent un faisceau d'électrons dans un accélérateur linéaire et le compriment de telle sorte que chaque paquet devienne plus fin qu'un cheveu – en termes de temps. Ensuite, le faisceau traverse un « peigne » magnétique qui force les électrons à osciller et à émettre des rayons X. Si le paquet est suffisamment court, une seule impulsion naît.
La nouveauté réside dans la méthode de compression. Les électrons sont accélérés avec une énorme dispersion en énergie : les plus rapides filent en avant, les plus lents traînent, comme des coureurs sur une longue distance. À la fin de la piste, cette dispersion est soigneusement compensée, et le paquet s'effondre en un point. On obtient alors une impulsion dont la largeur spectrale dépasse 30 électronvolts – deux fois plus large que ce qu'on savait faire auparavant.
On peut ensuite réitérer l'astuce : comprimer à nouveau le paquet après l'émission et lui faire produire une seconde impulsion, encore plus puissante. Ou utiliser le champ électrique du paquet lui-même pour « pousser » les atomes de l'échantillon – comme une rafale de vent agite les branches.
Les éclairs de rayons X attosecondes sont un stroboscope pour le monde microscopique. Grâce à eux, on peut voir un électron sauter d'une orbite à l'autre, ou une liaison chimique se rompre. Ce même flash qui fige l'instant dans la main du photographe est ici comprimé à une échelle où le temps semble presque s'arrêter.
En une attoseconde, la lumière parcourt une distance de trois angströms – soit environ la taille d'un atome.