spectroscopie

La vague déferle sur la plage non pas en un front régulier, mais en langues d'écume qui tantôt fusionnent, tantôt se séparent. Les champs magnétiques à l'intérieur des matériaux se comportent de façon semblable : ils respirent en ondes, et jusqu'ici personne ne les avait vus dans leur ensemble.

Une sphère d'aluminium, du diamètre d'un gros globe, se trouve dans le faisceau de neutrons et répond à chaque impact par une note précise. À l'intérieur de la sphère, il n'y a rien d'autre que de l'azote et onze minuscules billes d'acier, chacune de la taille d'une tête d'épingle.

Un projecteur de théâtre maintient l'acteur dans son faisceau, où qu'il aille. Le radar térahertz dont il est question fait de même avec une impulsion lumineuse courte réfléchie par un objet en mouvement. Les ondes térahertz se situent entre les micro-ondes et la lumière infrarouge.

Un orage dans les hautes couches de l'atmosphère dure des millionièmes de seconde. Un rayon cosmique, proton ou noyau d'hélium, frappe les molécules d'air, et tout un essaim de particules s'abat vers le bas. La plupart restent groupées, mais parfois une particule reçoit tellement d'énergie qu'elle s'élance en avant.

Un cartographe reçoit une feuille avec les distances entre des centaines d'îles anonymes. Aucune île n'est nommée, mais les distances se répètent, s'assemblent en triangles et en quadrilatères. Grâce à ces répétitions, le cartographe reconstitue la carte de l'archipel, sans savoir comment chaque île s'appelle.

Dans le cristal en couches CrSBr, les moments magnétiques des atomes sont alignés comme des notes sur une partition : au sein de chaque couche, ils pointent dans la même direction, mais d'une couche à l'autre, ils pointent en sens opposés. Cette mélodie antiferromagnétique résonne jusqu'à 132 kelvins, au-delà, l'agitation thermique détruit l'ordre.

Deux cordes sont tendues côte à côte : l'une épaisse et sourde, l'autre fine et claire. Si l'on pince la corde épaisse, le son produit est flou, sans hauteur nette. La corde fine, elle, répond par un ton pur. Mais si on les relie, un effet inattendu apparaît : dans le spectre, une chute brutale se dessine, comme si quelqu'un coupait le son sur une note précise.

À 359,8 K (environ 87 °C), une substance composée de molécules courbées en forme de banane passe dans une phase cristal liquide où les molécules s'assemblent en couches.

À l'intérieur du noyau atomique, les protons et les neutrons ne restent pas en place comme des petits pois dans une boîte. Chaque particule occupe sa propre orbite – une région de l'espace où on peut la détecter. Plus l'orbite est grande, plus la particule est « étalée ».

Une molécule d'ADN, coincée dans une minuscule fente métallique, tremble et scintille sous le laser. Son signal n'est pas une ligne claire de lettres, mais un mélange chaotique d'éclairs et d'ombres. Déchiffrer ce bruit, c'est comme essayer de comprendre un murmure dans une salle bondée. Le nouveau réseau de neurones agit comme un interprète attentif.

Un photon unique est comme une brique parfaitement régulière avec laquelle on peut construire des technologies quantiques. Mais pour construire une maison, il faut des milliers de briques identiques.

Un interféromètre quantique supraconducteur supernova]est un appareil qui détecte des champs magnétiques des milliards de fois plus faibles que celui qui oriente l'aiguille d'une boussole ordinaire. À l'intérieur se trouve un pont étroit où la supraconductivité est interrompue un instant.

Deux étoiles, AF Lep A et ε Indi A, ont fait l'objet d'une attention particulière. À l'aide du spectrographe GHOST installé sur le télescope Gemini, les astronomes ont décomposé leur lumière en couleurs et, grâce aux raies d'absorption, ont déterminé la quantité de carbone, d'oxygène, de soufre et de treize autres éléments présents dans…

Le sel de cuisine reste bien tranquille, mais à l'intérieur, les atomes de rubidium-87 se transforment de temps en temps en strontium et éjectent un électron. Ce processus — la désintégration bêta — est généralement étudié en plaçant un échantillon radioactif à côté d'un détecteur.

Dans un verre de liquide trouble où se dépose de l'amidon, l'œil ne voit qu'un voile gris. Les particules à l'intérieur bougent, mais ce qui se passe exactement reste un mystère. Les instruments optiques ordinaires ne peuvent pas traverser une telle suspension : la lumière est diffusée dès la couche supérieure.

À la surface de la Lune et des astéroïdes, on rencontre des creux plus petits qu'une tête d'épingle, mais avec des bords brillants et fondus. Ces traces sont laissées par de minuscules météorites, mais la vitesse exacte d'impact nécessaire pour produire la fusion restait incertaine.

Lorsque la particule ψ(2S) se désintègre en un proton et un antiproton, deux mécanismes différents agissent simultanément : l'interaction forte, comme une colle qui maintient les quarks ensemble, et l'interaction électromagnétique, comme la lumière qui repousse les charges.

Le tireur vise la cible, appuie sur la détente — et entend deux détonations : l'une forte, l'autre plus discrète. C'est ainsi que fonctionne le nouveau dispositif, sauf qu'au lieu de balles, on a un paquet d'électrons, et au lieu de coups de feu, deux éclairs de lumière. L'un est un rayon X, l'autre est térahertz. Ils se dirigent vers un même point avec un intervalle parfait.

Un faisceau laser traverse une cellule en verre contenant de la vapeur de césium. Les atomes de la vapeur se déplacent de manière chaotique, comme une foule dans une gare : chacun entre dans le faisceau, y reste un instant, puis en ressort. Leur état interne — une sorte d'orientation d'un minuscule aimant — est modifié par la lumière.

Le bord du Soleil ressemble à une frange duveteuse : de fines gerbes de gaz incandescent — les spicules — s'en élèvent vers le haut. Elles ne vivent que quelques minutes et changent constamment.

La lumière qui traverse un verre d'eau trouble s'affaiblit : une partie est absorbée. C'est ainsi que fonctionnent de nombreux instruments d'analyse de liquides : ils mesurent la perte de lumière et en déduisent la composition. Mais si le liquide est hétérogène, comme une soupe avec des morceaux, une seule valeur ne suffit pas : il faut savoir où l'absorption est la plus forte.

Dans le cristal de niobate de rutile, les atomes de nickel sont logés dans des cages d'oxygène — des octaèdres. Parfois, l'un des atomes perd un électron, et la charge saute vers l'atome voisin, comme un témoin dans une course de relais. Mais ce saut n'est pas aléatoire : il est déclenché par les vibrations de tout le réseau.

Les vagues à la surface de l'eau se brisent généralement contre tout obstacle — une pierre, un pieu, une île. Mais que se passerait-il si l'on disposait les obstacles si astucieusement que la vague ne les remarque presque pas ? Dans cette nouvelle étude, des scientifiques ont disposé sur l'eau un motif de nombreux points, placés selon des règles mathématiques particulières, et ont envoyé des vagues à travers.

L'atome d'hélium est comme une corde tendue : chaque note qu'il émet est strictement prédite par la théorie. Mais ces dernières années, des mesures précises de l'une de ces « notes » — l'énergie nécessaire pour arracher un électron à un atome d'hélium excité — ont commencé à sonner légèrement plus haut que prévu.

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.

La caméra d'un smartphone capte la lumière avec de minuscules capteurs, mais ceux-ci ne distinguent pas les couleurs par eux-mêmes. C'est pourquoi on place devant eux des filtres colorés : rouge, vert, bleu — comme des vitraux dans une fenêtre. Chaque capteur ne voit que sa couleur, puis un logiciel assemble ces fragments pour former une image complète.

Dans un semi-conducteur ordinaire, il est difficile d'obtenir à la fois deux choses : un fort magnétisme et une paire électron-trou robuste, qui naît lors de l'absorption de la lumière.

Le faisceau d'un synchrotron, c'est comme un jet d'eau sortant d'un tuyau d'arrosage : large et peu pratique pour le travail de précision. Pour examiner un échantillon minuscule, il faut une aiguille fine, pas un tuyau.

Le plasma micro-onde en tourbillon, c'est comme un mixeur de cuisine qui chauffe et mélange le gaz simultanément. Dans le réacteur, le gaz est mis en rotation, et les micro-ondes le portent à des milliers de degrés, brisant les molécules de dioxyde de carbone.

L'appareil éclaire l'échantillon avec un faisceau infrarouge, et les molécules répondent par leur motif d'absorption — comme des clochettes de tons différents. Ce motif, le spectre, contient des informations sur la composition chimique.

Un faisceau lumineux se déplace généralement en ligne droite, mais on peut le faire tourner autour de son axe, comme l'eau qui tourbillonne dans un entonnoir lorsqu'elle s'écoule. Cette lumière « vortex » transporte davantage d'informations et est indispensable pour les communications ultra-rapides et le calcul quantique.

Deux toupies tournent si près l'une de l'autre qu'elles se frôlent presque. L'une est d'un bleu incandescent, l'autre d'un blanc terne. Ensemble, elles font un tour complet en vingt heures. C'est la paire Feige 64 : une étoile bleue d'un tiers de la masse du Soleil et une naine blanche — le noyau refroidi d'une ancienne étoile — une fois et demie plus lourde que notre astre.

Une pierre jetée dans l'eau perd rapidement de la vitesse. Un météore qui entre dans l'atmosphère devrait se comporter de la même façon : l'air le freine, et la friction brûle sa matière. Mais les caméras du réseau Global Fireball Observatory ont filmé, en dix ans, des centaines de bolides brillants qui traversent le ciel presque sans ralentir.

Les électriciens qui travaillent sur les hautes tensions ressemblent à des plongeurs : ils doivent voir ce qui se passe au fond de l'eau sans y descendre eux-mêmes. Pour cela, il faut un capteur placé à l'écart du courant dangereux et qui transmet l'information vers la surface.

Deux étoiles tournent l'une autour de l'autre comme des danseurs qui se rapprochent puis s'éloignent. Avec le temps, l'une enfle et ses couches externes se déversent sur sa voisine. Celle qui reçoit la matière étrangère ne se distingue en rien d'une étoile solitaire — mais sa surface se souvient de tout.

L'eau chaude après une douche, l'air tiède de la ventilation, les parois chaudes d'un moteur : toute cette chaleur en dessous de 100 °C se dissipe généralement sans avoir fait le moindre travail. Désormais, on peut la capter et la transformer en électricité. Au cœur du nouveau dispositif se trouve un fil en alliage nickel-titane.

En cuisine, quand la poêle chauffe, la main sent la chaleur avant même de toucher. Le télescope solaire capte une chaleur invisible similaire, mais provenant de l'étoile, pas de la cuisinière. L'instrument nommé HATS détecte le rayonnement térahertz, qui était auparavant peu étudié en raison de difficultés techniques.

Une lampe de poche ordinaire éclaire dans toutes les directions, et après quelques dizaines de mètres, son faisceau s'affaiblit au point d'éclairer à peine un mur. L'atmosphère diffuse la lumière, et le vent ainsi que les courants thermiques la déforment encore davantage.

Les géantes rouges au centre de la Voie lactée ressemblent à des phares lointains qui s'embrasent puis s'éteignent. Leur lumière traverse une poussière dense, mais les méthodes habituelles de mesure des distances échouent ici : les étoiles sont trop brillantes et instables, et la poussière déforme l'image.

Un faisceau d'électrons est un flux de particules minuscules qui portent une charge électrique. Lorsqu'un tel faisceau frappe un matériau, il ne se contente pas de le chauffer ou d'en éjecter des atomes : il pousse aussi légèrement la surface, comme un jet d'eau pousse la paume de la main.