laser infrarouge

Pendant trois jours d'affilée, un laser a frappé un jet de gaz, et à chaque seconde naissait un faisceau d'électrons avec une énergie comparable à celle d'un petit éclair. Auparavant, de tels faisceaux n'étaient obtenus que dans d'immenses halls, où l'accélérateur occupait tout un bâtiment. Désormais, l'ensemble tient dans une pièce et a fonctionné sans défaillance pendant 72 heures.

Une protéine ressemble à une minuscule machine qui s'allume et s'éteint sur commande. La commande arrive lorsqu'une autre molécule s'y fixe, comme une clé dans une serrure. Ensuite, la protéine change de forme et transmet le signal plus loin. Mais comment exactement le signal circule à l'intérieur de la protéine est longtemps resté un mystère.

Un laser ressemble à un diapason qui vibre sur une seule note. Mais même dans un silence total, son son tremble légèrement. On pensait auparavant que ce tremblement – les secousses aléatoires dues à l'émission spontanée de lumière par les atomes à l'intérieur du laser – était la principale limite de précision.

Un laser classique est une cavité où la lumière rebondit entre deux miroirs en s'amplifiant. Mais on peut supprimer les miroirs et faire circuler la lumière dans une particule minuscule, plus petite que la longueur d'onde elle-même.

Un interprète enregistre une conversation de plusieurs heures. S'il tente de garder en tête tout le dialogue d'un bloc, il finira inévitablement par déformer les détails. C'est à peu près ainsi que fonctionnent les observatoires gravitationnels : ils écoutent la « conversation » de corps massifs qui se rapprochent en spirale.

L'univers est imprégné d'une substance invisible — la matière noire ultra-légère, qui n'entre pas en collision avec la matière ordinaire mais peut frémir, telle une corde tendue.

La lumière peut être non seulement un faisceau, mais aussi une règle extrêmement précise. Si l'on prend des impulsions très courtes – plus courtes qu'un battement d'aile de mouche – et qu'on les émet à la suite, on obtient un peigne optique : un ensemble de couleurs espacées à intervalles strictement égaux, comme les dents d'un peigne.

Les ondes gravitationnelles sont des ondulations du tissu de l'espace, comme les cercles à la surface de l'eau après qu'on y a jeté une pierre. Sur Terre, le trafic, les marées et les tremblements de terre les noient, un peu comme une tempête qui agite un lac et empêche de remarquer de faibles remous.

Un laser ordinaire émet des raies fines, comme une corde qui ne joue qu'une seule note. Pour la spectroscopie, c'est gênant : si une substance absorbe la lumière entre les raies, on peut ne pas la remarquer.

Le laser infrarouge de l'Institut Fritz Haber fonctionne désormais comme un chef d'orchestre avec deux baguettes. Autrefois, il produisait un seul faisceau dans le moyen infrarouge, là où les molécules vibrent. Aujourd'hui, un second oscillateur a été ajouté, qui émet dans l'infrarouge lointain, là où les charpentes moléculaires entières « respirent ».

Un quasar lointain apparaît comme quatre points lumineux disposés en croix. C'est ainsi que la gravité d'une galaxie située sur la ligne de visée le déforme : elle agit comme un verre irrégulier et multiplie l'image. Chaque point est le même objet, mais sa lumière emprunte des chemins différents.

Un laser à base de diamant convertit près de la moitié de l'énergie de pompage en une lumière jaune éclatante — un rendement de 47,7 % qui constitue un record pour ce type de dispositif.

Si une énorme trou noir vit au centre d'une galaxie, elle chauffe le gaz qui tombe dessus à des températures incroyables. Ce gaz brille, et nous le voyons comme un quasar — le phare le plus brillant de l'univers. Mais comment mesurer la taille de la source lumineuse elle-même ?

La radiothérapie, c'est un peu comme tirer sur une petite cible avec un fusil de très gros calibre : même un tir précis touche une large zone autour. L'épaisseur de la « trace » — on l'appelle la pénombre — est de 2 à 3 millimètres pour les appareils standard.

Deux gouttes de liquide suspendues côte à côte se mettent à chanter à l'unisson. Une goutte est comme une corde accordée sur une certaine note, et ensemble elles forment un laser qui émet une seule couleur pure. C'est ainsi que fonctionne un nouveau type de capteur : la molécule photonique liquide. Le secret réside dans le fait que les gouttes sont choisies de tailles légèrement différentes.

La lumière dans l'eau trouble se comporte comme une personne dans un épais brouillard : chaque pas est une collision, et l'image se brouille. C'est pourquoi un microscope ordinaire ne voit pas à travers la peau ou le lait.

Le laser dont il est question n'est pas un mince faisceau, mais une véritable piste de course pour la lumière. Dans la fibre optique, deux impulsions ultracourtes se déplacent : l'une dans le sens horaire, l'autre dans le sens antihoraire. Chaque impulsion est un éclair unique d'une durée de quelques milliardièmes de seconde.

Les rayons gamma sont les éclairs de lumière les plus énergétiques qui naissent au cœur des atomes. Leur énergie est comme une empreinte digitale : chaque élément radioactif a son propre motif. Mais mesurer ce motif avec une grande précision, c'est comme peser un grain de sable sur une balance posée sur un camion qui vibre.

Un faisceau laser tremble généralement un peu, comme une corde pincée. Dans les horloges optiques, ce tremblement se transforme en erreur de mesure. Les ingénieurs ont remplacé la lumière tremblotante par une lumière stable — et l'horloge à vapeur de rubidium s'est mise à tictaquer cinq fois plus régulièrement.

Un laser ordinaire émet une seule couleur, comme une note de piano. Mais pour détecter des molécules dans l'air, il faut un instrument qui balaie rapidement de nombreuses couleurs — tel un musicien jouant une gamme. Ce type de laser est dit accordable, et plus il change de couleur rapidement, plus vite on peut « renifler » l'air.

Dans les nuages froids entre les étoiles, là où naissent de nouveaux soleils, un travail chimique invisible est en cours. Les molécules simples se percutent, échangent des atomes et s'assemblent en chaînes qui, plus tard, pourraient faire partie des planètes. L'une de ces chaînes est l'ion NCCO+, composé d'azote, de deux carbones et d'oxygène.

La lumière ultraviolette d'une longueur d'onde d'environ 300 nanomètres est invisible à l'œil, mais elle peut détruire l'ADN des microbes, faire briller certaines substances et transporter des informations. Jusqu'à présent, les lasers dans cette gamme étaient encombrants, coûteux ou de courte durée de vie.

Dans les accélérateurs géants, les particules filent à une vitesse proche de celle de la lumière et se percutent de front. Mais parfois, un faisceau est un peu plus dense que l'autre — comme si, dans un escalator bondé, quelqu'un se tenait du mauvais côté. Alors les collisions se font de manière irrégulière, et les instruments se mettent à « clignoter », faussant les mesures.

Une caméra thermique classique ressemble à un thermomètre qui chauffe et refroidit lentement. Elle montre bien où se trouve la chaleur, mais ne suit pas les mouvements rapides. Le nouveau capteur fonctionne autrement : il compte les quanta de chaleur individuels, comme un compteur de gouttes pendant une averse.

On peut piéger la lumière dans un piège plus petit qu'un grain de poussière. Les cristaux photoniques sont des réseaux qui empêchent la lumière de se disperser et la forcent à tourner en rond. Auparavant, ces structures étaient cultivées sur un substrat massif et étaient trop encombrantes pour les cellules vivantes.

Une caméra thermique fonctionne généralement comme un thermomètre à matrice : elle mesure la température de chaque pixel et la transforme en image. Mais cette méthode a ses limites — le bruit propre de l'appareil empêche de voir la chaleur faible.

Un ordinateur quantique ressemble à un orchestre qui ne joue que dans un silence absolu. Le moindre bruit, et la mélodie fragile s'effondre.

La théorie de la gravité d'Einstein — la relativité générale — ne rencontre presque jamais la physique quantique dans des expériences directes. Ici, les scientifiques ont construit sur une table un labyrinthe de 50 km de verre et y ont envoyé des photons uniques.

En 1976, le physicien canadien Bill Unruh posa une question simple : que voit un observateur qui accélère dans le vide ? La réponse s'avéra étrange : le vide cesse d'être vide. L'observateur accéléré baigne dans un rayonnement thermique dont la température est proportionnelle à l'accélération.