Une lumière tamisée arrache les électrons autrement ✎ express
Un laser frappe un atome et en arrache un électron. Plus la lumière est intense, plus le coup est fort, et l'électron s'éloigne plus vite. C'est ainsi que fonctionne l'image habituelle, où la lumière est une onde régulière. Mais que se passe-t-il si la lumière n'est pas régulière, mais « comprimée », avec des fluctuations quantiques, comme les vibrations d'une corde ? Dans une nouvelle étude, des physiciens ont montré que l'électron réagit alors tout autrement.
Les fluctuations quantiques sont des écarts aléatoires du champ par rapport à sa moyenne. Dans la lumière comprimée, elles sont asymétriques : le champ s'écarte plus souvent d'un côté que de l'autre. Les auteurs ont découvert que lors de l'ionisation d'un atome, une telle lumière semble choisir deux champs de même intensité mais de signes opposés. L'électron ressent leur grandeur combinée, et non la luminosité moyenne. Par conséquent, son impulsion longitudinale ne croît pas linéairement avec l'intensité, mais comme $I^{2/3}$ — plus lentement.
Si l'on capture chaque photon individuellement, le tableau change. Les deux chemins — avec un champ positif et un champ négatif — interfèrent, comme dans l'expérience des deux fentes, mais les fentes sont séparées dans le temps d'une demi-période de l'onde. Alors, des oscillations caractéristiques apparaissent sur l'impulsion de l'électron, dépendant de la parité du nombre de photons. Cela signifie que l'on peut déduire la statistique quantique de la lumière à partir du mouvement de l'électron.
Ainsi, l'impulsion longitudinale devient un nouvel outil en optique quantique des champs intenses. Elle encode à la fois la statistique des photons et la cohérence de la lumière quantique intense.
La lumière comprimée est utilisée dans les détecteurs d'ondes gravitationnelles pour réduire le bruit quantique et entendre les vibrations de l'espace provenant de collisions lointaines de trous noirs.