Lorsqu'un faisceau laser frappe un gaz, il arrache les électrons des atomes et les accélère presque à la vitesse de la lumière. En traversant le plasma, ces électrons émettent des rayons X, comme une traînée lumineuse laissée par une particule rapide. Dans ces nouveaux travaux, les physiciens ont fait en sorte qu'une seule impulsion laser crée non pas une, mais deux de ces traînées à la suite.

Pour cela, la cible gazeuse a été rendue non homogène : à un endroit, la densité du gaz change brusquement, comme une marche d'escalier. Le premier paquet d'électrons naît lorsque le laser ionise le gaz, et le second lorsque l'onde plasma heurte cette marche. Chaque paquet donne sa propre éruption de rayons X, et ils se succèdent avec un très léger décalage.

Cette paire d'impulsions est un outil pour étudier les processus ultrarapides : comment les électrons sautent d'une orbite à l'autre, comment les atomes changent de position dans une molécule. Auparavant, on n'obtenait des éruptions de rayons X jumelles que dans des accélérateurs géants de la taille d'un terrain de football. Désormais, le même tour a été réalisé sur une installation qui tient dans un laboratoire.

Les scientifiques ont mesuré le spectre des électrons et la distribution angulaire du rayonnement X. Il s'est avéré que les deux impulsions proviennent de points différents du canal plasma et diffèrent légèrement en direction. La modélisation informatique a confirmé que chaque impulsion est associée à son propre paquet d'électrons. En un seul tir d'un laser de 40 térawatts, environ dix milliards de photons X sont produits, assez pour observer les mouvements rapides des atomes.