Visualiser les sauts quantiques

Les scientifiques ont pu mesurer le temps d’un saut quantique à des niveaux inégalés. Ils ont pu mesurer la durée à une attoseconde, soit 10−18 d’une seconde.


Les scientifiques ont pu mesurer le temps d'un saut quantique à des niveaux inégalés. Ils ont pu mesurer la durée à une attoseconde, soit d'une seconde.
Une impulsion de laser frappe un atome d'hélium. L'un des électrons est arraché de l'atome et l'autre électron peut changer son état quantique - Crédit : TU Wien.

Les particules quantiques peuvent rapidement changer d’état. Ce processus est connu comme un . Un atome peut absorber un photon pour avoir un état d’une énergie plus élevée. Habituellement, ces processus se produisent instantanément. Mais avec de nouvelles méthodes développées à TU Wien, il est maintenant possible d’étudier la structure temporelle de ces états de changement quasi instantanés. De la même manière qu’un microscope électronique nous permet de voir l’infiniment petit, des impulsions ultra-courtes de laser permettent d’analyser les structures temporelles. L’hypothèse théorique a été effectuée par l’équipe du professeur Joachim Burgdörfer à TU Wien tandis que l’expérience a été menée par le Max-Planck-Institute for Quantum Optics en Allemagne. Les travaux ont été publiés dans la revue Nature Physics.1

La durée la plus précise jamais mesurée pour des sauts quantiques

Un atome d’hélium neutre possède 2 électrons. Quand il est frappé par une pulsion de laser à haute énergie, cet atome peut être ionisé. L’un des électrons est arraché de l’atome et ce processus se produit en une , soit un milliardième de milliardième de seconde.

On pourrait imaginer que l’autre électron, qui est resté dans l’atome, ne joue pas un rôle dans le processus, mais ce n’est pas vrai selon Renate Pazourek du TU Wien. Les 2 électrons sont corrélés signifiant qu’ils sont connectés par les lois de la et donc, ils ne peuvent pas être des particules indépendantes. Quand un électron est supprimé d’un atome, alors une partie de l’énergie du laser est transférée au second électron. Il reste dans l’atome, mais il va bénéficier d’un état d’énergie plus élevé selon Stefan Nagele du TU Wien.

De ce fait, il est possible de distinguer 2 processus d’ionisation, le premier dans lequel l’atome restant va gagner de l’énergie et l’autre qui va avoir un état d’énergie minimal. En utilisant l’expérimentation, il a été possible de démontrer que la durée de ces 2 processus n’est pas la même.

Quand l’électron restant « saute » dans un état excité, le processus d’ionisation est légèrement plus rapide d’environ 5 attosecondes selon Nagele. Et il est remarquable de voir que les résultats expérimentaux correspondent avec les calculs théoriques et les simulations informatiques qui ont été effectués par le Vienna Scientific Cluster qui est le plus puissant supercalculateur en Autriche. La précision de l’expérience est supérieure à une attoseconde. Pour nous, c’est la durée de mesure la plus précise pour un saut quantique. Il y a une décennie, on pensait que le concept d’instantané ne pouvait pas être mesuré, mais aujourd’hui, ce processus instantané peut être calculé, mesuré et même testé. Cela permet de mieux comprendre les lois fondamentales de la nature, mais cela offre également des possibilités pour manipuler la matière au niveau quantique.

Sources

1.
Ossiander M, Siegrist F, Shirvanyan V, et al. Attosecond correlation dynamics. Nature Physics. novembre 2016. doi: 10.1038/nphys3941
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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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