impulsion ultrabrève

Accorder une corde à la bonne note : on ajuste l'impulsion laser pour que les harmoniques résonnent à l'unisson à des fréquences de l'ordre du kiloélectronvolt. La lumière que nous voyons oscille à des centaines de milliers de milliards de fois par seconde.

Le forgeron actionne ses soufflets, et le flux d'air lent se transforme en un jet vif capable d'attiser les flammes. C'est à peu près ainsi que les physiciens traitent la lumière : ils prennent une impulsion laser longue et la compriment en une flash courte et puissante.

C'est comme un record en sprint : pour le battre, il faut un élan parfait. Mais pour les pulsars submillisecondes, l'élan est trop court. Le pulsar le plus rapide connu, PSR J1748-2446ad, effectue 716 tours par seconde, plus vite qu'un blender de cuisine. S'il avait la taille de la Terre, un point à son équateur se déplacerait à environ 0,24 fois la vitesse de la lumière.

La nuit, sur le rivage, se dresse un phare. Sa lampe est éteinte presque tout le temps, mais une fois tous les quelques jours, pendant une fraction de seconde, il émet un éclat si puissant que sa lumière est visible au-delà de l'horizon.

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.

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.

Deux électrons, éjectés de la pointe d'une aiguille métallique presque simultanément, commencent à se repousser, comme deux personnes qui se faufilent en même temps par une porte étroite. Plus ils sont proches l'un de l'autre, plus ils se gênent.

Un qubit supraconducteur ressemble à un instrument de musique capricieux : tant qu'on ne l'a pas accordé, on ne peut pas espérer une note juste. Mais même après l'accordage, le son dérive. Les coupables sont de minuscules défauts dans le matériau, que les physiciens appellent des systèmes à deux niveaux.

La galaxie n'est pas un lac lisse, mais un étang parcouru d'ondulations. Ces ondulations sont créées par la matière noire ultra-légère (des particules des milliards de milliards de fois plus légères que l'électron).

Dans l'océan silencieux de la Galaxie, les civilisations matures ont probablement adopté depuis longtemps une stratégie inattendue : au lieu de balises tonitruantes, elles dispersent de discrètes lucioles — des balises laser interstellaires autonomes, dérivant dans le vide et émettant des flashs de microsecondes.

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 laser d'usine, qui sur les chaînes de production découpe et soude le métal, a été utilisé pour la première fois comme accélérateur de particules.

Dans la constellation du Scorpion, à 3000 années-lumière de la Terre, une étoile morte vole de la matière à une étoile vivante.

La matière noire est une fenêtre invisible qui déforme la lumière des galaxies. C'est Vera Rubin qui l'a découverte, en remarquant que les étoiles se déplacent trop rapidement. Peut-être cette fenêtre est-elle faite d'axions – des particules des milliards de fois plus légères que l'électron, imaginées par [scientist:Roberto D.

Dans la molécule de benzène, les électrons tourbillonnent autour des noyaux comme un essaim d'abeilles autour de la ruche. Mais cet essaim ne se contente pas de bourdonner — il pulse : toutes les 856 attosecondes, le nuage électronique effectue un cycle complet d'oscillation.

L'Univers regorge de matière invisible — la matière noire. On ressent son attraction, mais de quoi est-elle faite ? Peut-être un océan de particules ultra-légères, si légères qu'elles se comportent davantage comme des vagues que comme des particules.

Le pendule oscille avec une telle précision que, s'il comptait les secondes depuis le Big Bang, il n'aurait accumulé qu'une demi-seconde d'erreur à ce jour. Telle est la stabilité du nouveau laser ultraviolet portable — le cœur des horloges atomiques à aluminium.

En général, on sépare les isotopes en exploitant la différence de poids du noyau. Cette différence est infime — comme si l'on triait des grains de sable qui diffèrent d'un centième de millimètre. La nouvelle méthode ne s'intéresse pas au poids mais à la rotation du noyau — son spin.

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 frappe une cible faite de fils fins — et en quelques dizaines de femtosecondes (milliardièmes de milliardième de seconde), il en arrache un flux de protons. Ces protons pénètrent dans un convertisseur en lithium et deutérium, où naissent des neutrons.

Un flash d'appareil photo ordinaire dure des millièmes de seconde. Une impulsion attoseconde est un trillion de fois plus courte : pendant sa durée, la lumière parcourt une distance inférieure à la taille d'un atome.

Un flash photo ordinaire fige l'instant en quelques centièmes de seconde – mais pour les atomes, c'est une éternité. Dans les molécules, les électrons sautent d'une orbite à l'autre en quelques attosecondes : un milliardième de milliardième de seconde. Pour capturer un tel événement, il faut une impulsion lumineuse plus brève que l'événement lui-même.

Une feuille ordinaire de phosphore noir ressemble à un gâteau en couches d'atomes. Si on l'éclaire avec une lampe classique, rien de particulier ne se produit : les électrons restent bien en place, comme des spectateurs dans une salle obscure. Mais une brève impulsion laser, durant des millionièmes de milliardième de seconde, secoue cette salle.

La lumière peut transporter l'information plus vite que n'importe quelle électronique. Mais habituellement, entre l'ordinateur et le laser se trouve un convertisseur numérique-analogique, un dispositif qui transforme les zéros et les uns en signaux électriques. C'est lui qui ralentit tout le processus. Le nouvel émetteur se passe de cet intermédiaire.

Un flash laser d'une durée de 50 femtosecondes, c'est comme un coup de feu qui durerait un milliardième de seconde. Pendant ce temps, la lumière ne parcourt que 15 micromètres – moins que l'épaisseur d'un cheveu humain.

Un flash laser dure quelques femtosecondes — c'est comme si un instant était étiré en un million de parties. Dans un tel flash, plusieurs couleurs sont mélangées, du rouge au violet. Les instruments qui mesurent la forme du flash se trompent souvent : ils voient bien certaines couleurs, mais mal d'autres. Résultat : l'image est floue.

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.

Une onde de choc dans la couronne solaire ressemble à un bang supersonique d'avion, mais au lieu de l'air, c'est du plasma surchauffé, et au lieu du son, c'est un saut de densité et de champ magnétique. Le 10 mars 2024, une telle onde a traversé la partie ouest du disque solaire.

Le faisceau laser frappe un film d'or et d'argent pendant quelques nanosecondes seulement — le temps que la lumière parcourt moins d'un mètre. Au point d'impact, le métal entre en ébullition, se disperse et se fige en un motif aléatoire de minuscules particules. Chaque motif est unique, comme les fissures dans la glace ou les branches d'un arbre.

Une toupie qui tourne si vite qu'elle accomplit 220 tours en une seconde : c'est exactement ce qu'a capté le radiotélescope chinois FAST. Il s'agit du pulsar PSR J1810-0623, une étoile à neutrons de la taille d'une ville, mais plus massive que le Soleil. Toutes les 4,55 millisecondes, son faisceau radio balaie la Terre, tel un phare dans l'océan cosmique.

Le radiotélescope EDA2, dans l'arrière-pays australien, est comme une oreille géante collée au ciel. Il écoute l'espace à très basses fréquences, de 50 à 250 mégahertz, là où les télescopes ordinaires ne distinguent presque rien.

Des flashs rythmés d'un phare dans un épais brouillard — voilà à quoi ressemble la recherche de pulsars. Le phare tourne, et son faisceau atteint périodiquement le télescope. Mais le brouillard diffuse la lumière, et la période semble légèrement différente.

Au cœur de nombreuses galaxies se cachent des trous noirs supermassifs. De temps à autre, ils « crient » — émettant de puissantes éruptions de rayons X. Les scientifiques se sont longtemps interrogés sur la nature de ces « éruptions quasi périodiques ».

Une caméra qui ne capture pas la lumière mais un flux d'électrons réfléchis par un cristal, c'est un détecteur hybride à pixels. Il sait compter chaque électron qui l'atteint, en ne générant presque aucun bruit propre. En mode normal, lorsque le faisceau d'électrons s'écoule en continu, le détecteur fonctionne parfaitement.

Une impulsion laser qui traverse un plasma est comme un coureur qui se fraye un chemin dans la foule. Il repousse les électrons, laissant derrière lui un canal raréfié, un peu comme la foule s'écarte devant un sprinteur.

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 anneau de la taille d'une assiette a fait tourner un faisceau d'électrons en cercle. Son diamètre est de 22 centimètres, et un tour complet ne prend que 4,7 nanosecondes. Pour comparaison : en une seconde, un tel électron aurait le temps de faire plus de deux cents millions de tours.

À l'observatoire radio indien de Gauribidanur, 32 antennes, semblables à de gigantesques antennes de télévision, écoutent le ciel. Elles captent les ondes radio des pulsars — des étoiles mortes qui tournent à une vitesse vertigineuse et clignotent comme des phares. Autrefois, les signaux de ces antennes étaient traités lentement et de manière peu pratique.

Une courte impulsion laser frappe l'air — et à l'endroit de l'impact, un éclair minuscule s'embrase. Il vit plus longtemps qu'on ne le croit : la lueur brillante est encore visible pendant une demi-milliseconde, et la lueur faible pendant près de vingt millisecondes.

Un pulsar, c'est une étoile morte qui tourne à toute allure et envoie des impulsions radio comme un phare. En général, ces impulsions suivent un horaire strict, mais parfois, parmi elles, se glissent de véritables monstres : des impulsions géantes, des milliers de fois plus brillantes que la normale.