laser ultraviolet

La cible gazeuse ressemble à un entonnoir : plus ses parois sont raides, plus le flux est important. Seulement, dans cet entonnoir, ce n'est pas de l'eau qui s'écoule, mais de la lumière ultraviolette, qui naît lorsqu'une impulsion laser puissante traverse un nuage d'argon.

La forêt nocturne est pleine de lucioles, mais auparavant nous ne voyions que celles qui se trouvaient par hasard dans le faisceau d'une lampe de poche. C'était le cas des sources de rayons X ultra-lumineuses, des points dans d'autres galaxies qui brillent en rayons X plus intensément que ce qu'un trou noir de masse stellaire peut émettre de manière stable.

La lumière qui n'atteint pas la caméra laisse pourtant sa trace sur elle. C'est ainsi que fonctionne la nouvelle méthode de prise de vue : on éclaire l'objet avec une couleur, et l'image est assemblée à partir d'une autre. Dans le cristal, les ondes lumineuses se mélangent, et l'information sur l'invisible passe au faisceau visible.

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.

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 un champ de la taille d'un grain de sable tenu à bout de bras se cachent des centaines de galaxies, étirées en arcs par l'amas massif Abell S1063.

Un balancier que presque rien ne peut déranger, qui ne craint ni les secousses, ni la chaleur, ni les champs magnétiques — parce qu'il est caché au cœur même de l'atome. C'est un tel balancier que des physiciens ont utilisé en mettant en marche pour la première fois une horloge nucléaire.

En 1963, Maarten Schmidt a percé la nature des quasars — ces noyaux actifs lointains qui brillent plus fort que des galaxies entières. Depuis, nous savons qu'en leur cœur se cachent des trous noirs supermassifs qui transforment la matière qui tombe en une lumière éblouissante.

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.

Écouter l'espace, c'est s'armer de patience et affiner son oreille. Les astronomes ont choisi pour cela l'instrument basse fréquence le plus sensible : le réseau d'antennes OVRO-LWA – 352 antennes dipôles réparties sur deux kilomètres et demi dans le désert californien.

Lorsque le télescope spatial James Webb a plongé son regard dans les profondeurs du temps, les astronomes s'attendaient à voir des galaxies familières. Mais au lieu de cela, les images se sont révélées parsemées d'une multitude de points rouges, brillants et incroyablement compacts.

Un projecteur brille de plus en plus fort, mais à un certain seuil, l'ampoule grille soudainement — et la lumière s'arrête. C'est un peu ce que les astrophysiciens ont observé avec le lointain blazar Markarian 421.

L'ionosphère, à 70 kilomètres d'altitude, agit comme un miroir géant pour les ondes radio. Les antennes terrestres y envoient en permanence un signal et écoutent la réflexion.

Une pâte à cake figée est parsemée de minuscules raisins secs. Si la pâte est homogène, tous les raisins gonfleront de la même manière, et le cake sera régulier. Mais si la pâte contient des grumeaux — certaines zones plus sucrées, d'autres plus fades — alors les raisins se répartiront de manière inégale : il y en aura beaucoup à certains endroits, et peu à d'autres.

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.

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.

Un laser classique ressemble à un orchestre dont les musiciens doivent s'échauffer avant de jouer à l'unisson. Il faut d'abord pomper assez d'énergie dans les atomes pour qu'ils se « retournent » et soient prêts à émettre de la lumière – c'est ce qu'on appelle l'inversion de population. Ce n'est qu'alors que le faisceau jaillit.

Un faisceau laser aussi ténu qu'un murmure de lumière a fait passer un noyau de thorium-229 dans un état d'énergie supérieur. La plupart des noyaux exigent une décharge d'énergie, mais le thorium-229 possède un intervalle d'énergie si minuscule que même cette caresse douce fonctionne.

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.

Une feuille de graphène est un treillis d'atomes de carbone d'un atome d'épaisseur. On y voit les moindres impuretés, comme des poussières sur un verre de lunettes.

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.

Un minuscule faisceau laser effleure un cristal — et, comme par magie, des étincelles quantiques isolées s'allument à l'intérieur. Ce n'est pas un tour de passe-passe, mais une nouvelle façon de créer des qubits, les cellules de travail des futurs ordinateurs quantiques.

La lumière des étoiles lointaines, en traversant la poussière cosmique, perd une partie de son énergie. Les grains de poussière absorbent et diffusent la lumière, et la manière dont ils le font à différentes longueurs d'onde renseigne sur leur composition et leur taille. Les astronomes appellent cela la courbe d'absorption de la poussière.

Le faisceau vert d'une lampe de poche plonge dans une piscine et atteint le fond presque sans s'affaiblir. L'eau est transparente précisément pour la lumière verte, c'est pourquoi on l'utilise pour communiquer sous l'eau. Mais pour transmettre une vidéo ou des données de capteurs, il faut allumer et éteindre la lumière très rapidement — des milliards de fois par seconde.

Un entonnoir géant dans l'espace aspire le gaz environnant. Une partie de ce gaz ne tombe pas à l'intérieur, mais est rejetée vers l'extérieur — comme des éclaboussures d'eau bouillonnante.

La lumière blanche ordinaire est un mélange de toutes les couleurs à la fois, comme le bruit d'une foule où chacun parle à sa fréquence. Les scientifiques, eux, ont besoin d'une lumière où les fréquences sont alignées avec précision, comme les touches d'un piano où chaque note sonne séparément et exactement.

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.

Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans le tissu de la courbure de l'espace-temps, qui se propagent depuis leur source comme les cercles à la surface de l'eau après qu'on y a jeté un caillou.

Un peigne ordinaire sépare les cheveux en mèches régulières. Un « peigne » laser fait de même avec la lumière : il n'émet pas une seule couleur, mais des milliers de couleurs, espacées par des pas de fréquence strictement identiques.

Un flux d'électrons peut être comparé à un faisceau de pointeur laser : s'il diverge, la tache sur le mur s'étale rapidement. En laboratoire, des physiciens ont créé un faisceau si étroit qu'il restait fin sur une grande distance, comme le faisceau d'un bon pointeur.

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.

Dans le noyau d'un atome d'or se cache le futur médicament contre le cancer. Si l'on frappe une cible en or avec un rayon gamma d'une énergie d'environ 30 mégaélectronvolts, l'un des noyaux perd un proton et un neutron et se transforme en un isotope rare de platine — le platine-195m.

Le faisceau d'un laser traverse le verre et touche un mince film de diamant. Au point de contact, le film se transforme en une étroite bande qui se soulève légèrement. On place une deuxième bande de ce type à côté, et il reste entre elles un couloir vide. C'est cela, le canal : sa largeur peut être cinquante fois plus grande que sa hauteur, comme une feuille de papier posée sur une table.

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 un accélérateur de particules, les électrons filent en cercle à une vitesse proche de celle de la lumière. Quand un tel électron entre en collision avec un photon — une particule de lumière —, le photon rebondit comme une balle contre un camion lancé à toute allure et repart avec une énergie bien plus grande.

Un moteur minuscule se plie sous l'effet de l'électricité et tend un ressort invisible. Ces moteurs, appelés actionneurs piézoélectriques, servent à étirer ou comprimer des boîtes quantiques, les forçant à émettre des paires de photons intriqués. Autrefois, on les fabriquait par des méthodes complexes, mais désormais, tout peut être découpé avec un seul laser.

L'oxyde de vanadium est un matériau qui peut être soit isolant (ne conduisant pas le courant), soit conducteur comme un métal. La bascule prend des trillionièmes de seconde, et l'on souhaite construire des dispositifs électroniques ultrarapides sur cette base. Mais comment cela se produit-il exactement ? Cela est resté longtemps une énigme.

La lumière est un excellent outil pour étudier les tissus, mais elle s'éteint rapidement en profondeur. Après quelques millimètres à peine, les photons sont tellement diffusés qu'il devient impossible de distinguer quoi que ce soit. Les scientifiques ont imaginé une solution de contournement : au lieu d'éclairer de l'extérieur, amener une minuscule source de lumière directement à l'intérieur.