Un surfeur glisse sur la surface de l'océan jusqu'à ce qu'une grosse vague arrive – et le voilà projeté vers l'avant. C'est à peu près ainsi qu'un électron libre interagit avec la lumière : en général, l'échange d'énergie est à peine perceptible, mais si le milieu environnant commence à osciller rythmiquement, chaque crête de vague pousse la particule de plus en plus fort.
Les auteurs de l'étude ont examiné l'interaction quantique entre électrons et photons dans un milieu dont les propriétés oscillent périodiquement. Il s'avère qu'une telle modulation crée des bandes interdites dans l'espace des impulsions – des intervalles où l'énergie ne peut pas changer de manière continue. Aux frontières de ces bandes, le couplage entre l'électron et la lumière croît de manière avalancheuse. Cela permet de transférer à la particule une impulsion énorme, bien plus grande que dans des conditions normales.
Le résultat est une croissance contrôlée de l'énergie de l'électron sans champs magnétiques encombrants. Au lieu d'accélérateurs de plusieurs kilomètres, une fine plaque avec une onde lumineuse progressive. Le surfeur n'attrape pas une seule vague, mais toute une série, et chacune ajoute de la vitesse. Ainsi, les milieux photoniques modulés dans le temps deviennent une plateforme pour accélérer des particules et sculpter leurs états quantiques.
L'idée d'accélérer des particules dans des structures périodiques remonte aux accélérateurs linéaires d'après-guerre, où les électrons étaient accélérés dans une chaîne de résonateurs. La nouvelle méthode remplace les cavités métalliques par une onde lumineuse dans une puce minuscule.
Dans le roman « Accelerando » de Charles Stross, les posthumains utilisent des voiles solaires pour des voyages interstellaires – ici, le même principe fonctionne au niveau quantique pour des particules individuelles.