Entretien avec la lauréate du prix Nobel Anne L'Huillier, découvrant sa vision de l'impulsion laser attoseconde

Le prix Nobel de physique 2023 a été décerné à Anne L'Huillier et à ses deux collègues Pierre Agostini et Ferenc Krausz, et tout récemment la Berthold Leibinger Stiftung a décerné au physicien nucléaire le Berthold Leibinger Future Prize. Prix ​​Leibinger du futur. Dans une interview exclusive, Anne L'Huillier, qui vient de recevoir le prix Nobel de physique, nous parle des recherches sur les impulsions laser attoseconde.
Q : Professeur L'Huillier, si vous étiez à un barbecue et qu'on vous demandait ce que vous faites dans la vie, que diriez-vous ?
L＇Huillier : Normalement, je dirais que je travaille principalement en physique des lasers et en physique atomique. Notre équipe peut éclairer avec des impulsions laser très, très courtes, ce qui permet de photographier certains processus qui se déroulent très rapidement, comme ceux impliquant le mouvement des électrons. Vous pouvez y penser comme ce que fait le flash d’un appareil photo normal.
Q : Quand vous dites « très, très court », voulez-vous dire ...... ?
L＇Huillier : Impulsions laser de seulement quelques attosecondes.
Q : Pouvez-vous décrire brièvement une attoseconde ?
L＇Huillier : C'est effectivement très difficile à décrire. Je pense qu'il pourrait être plus facile de comprendre une analogie : 1 attoseconde est à 1 seconde ce qu'1 seconde est à l'âge total de l'univers (14 milliards d'années). Mais je ne suis pas sûr que cette description vous aide vraiment à comprendre l'attoseconde.
Q : Eh bien, cela pourrait aider un peu.
L＇Huillier : Nous aurons toujours le sentiment habituel qu'une attoseconde ne peut pas être perçue en termes de temps que les gens peuvent comprendre. Heureusement, cependant, nous pouvons le vérifier à l'aide de théories mathématiques et scientifiques de l'abstraction ainsi que d'expériences, et de là nous savons que 1 attoseconde=10-18 secondes. De plus, une question plus intéressante que de réfléchir à la durée d’une attoseconde est de savoir pourquoi nous voulons une échelle de temps si petite.
Q : Alors pourquoi avons-nous besoin d’impulsions d’une longueur attoseconde ?
L＇Huillier : Parce que certains processus dans la nature sont si rapides qu'on ne peut les mesurer qu'à l'aide d'impulsions lumineuses attosecondes, dont la plus importante est le mouvement des électrons. Plus le flash est rapide, c'est-à-dire plus l'impulsion lumineuse est courte, plus nous pouvons observer le processus de près. Aujourd’hui, mon groupe de recherche se concentre toujours sur la photographie de processus simples dans et autour des atomes, car cela est plus facile à réaliser. Cependant, si nous parvenons à progresser dans ce domaine, nous pourrons observer le mouvement des électrons dans des systèmes plus complexes, comme dans les molécules. Le mouvement des électrons provoque des réactions chimiques. Un jour, nous pourrons mesurer ces premiers mouvements.
Q : Et puis quoi ?
L＇Huillier : La mesure est le premier pas vers le contrôle. À long terme, notre objectif principal est donc de pouvoir contrôler les réactions chimiques au niveau électronique.
Q : Le contrôler et l’utiliser pour quoi ?
L'Huillier : Il m'est difficile de prédire où cela sera utilisé ou ce que cela changera dans le futur, mais c'est de la recherche fondamentale.
L'équipe de recherche du professeur Anne L'Huillier à Lund, en Suède, utilise des lasers femtoseconde pour générer des impulsions de lumière à haute harmonique. Ces impulsions sont ensuite utilisées pour générer des impulsions laser attosecondes afin de visualiser les processus atomiques.
Q : Lors d'une expérience menée en 1987, vous avez découvert les harmoniques élevées qui sont une condition préalable à la génération d'impulsions attosecondes.
L＇Huillier : Oui, c'était une délicieuse coïncidence. C'est la meilleure chose lorsque vous découvrez quelque chose qui vous surprend ! Cela signifie que quelque chose attend que vous le répariez. Ce que nous voulions vraiment faire à cette époque, c'était bombarder les gaz rares avec un laser puissant et étudier l'effet de fluorescence. Il s’est avéré que la lumière la plus forte observée au cours du processus n’était pas une fluorescence, mais une harmonique élevée de la fréquence laser, une découverte qui a changé ma carrière scientifique. Grâce à la génération d'harmoniques élevées, il était possible de générer des impulsions attosecondes. C'est ce que je fais encore maintenant.
Q : Est-il possible de se former au moins une image mentale de la génération d’harmoniques élevées ?
L＇Huillier : Oui ! J'ai une meilleure comparaison que l'attoseconde et l'âge de l'univers. Si vous passez un archet dans les cordes d’un violon, vous obtiendrez non seulement des sons purs (fréquences sonores pures) mais également d’autres fréquences. En musique, ces fréquences sont appelées harmoniques et elles donnent la couleur du ton ; les harmoniques sont également appelées harmoniques. Une chose similaire se produit lorsque vous exposez un gaz à une impulsion laser femtoseconde dans certaines conditions, ce qui crée de nouvelles fréquences laser avec des longueurs d'onde plus courtes. On pourrait dire que les harmoniques supérieures sont les connotations de la physique des lasers.
Q : Que peut faire une impulsion lumineuse à haute harmonique ?
L＇Huillier : Vous pouvez les utiliser pour générer des impulsions attosecondes, mais ils sont également utiles en eux-mêmes. Nous travaillons actuellement avec un fabricant d'équipements de lithographie et de métrologie pour l'industrie des semi-conducteurs afin d'utiliser des harmoniques élevées pour inspecter les microstructures des semi-conducteurs. Il s’agit d’un projet très concret pour quelqu’un comme moi qui fait de la recherche fondamentale. Je suis surpris et heureux que notre travail soit utile à la société.
Le professeur Anne L＇Huillier a contribué à établir la physique des lasers attosecondes. Ces travaux pourraient bientôt éclairer le monde de l’électronique.
Q : Vos recherches ont-elles également contribué au développement de la technologie laser ?
L＇Huillier : Certes, nos travaux en physique attoseconde ont continué d'inspirer les fabricants de lasers à développer de nouveaux et meilleurs lasers à impulsions ultracourtes au cours des dernières décennies. Bien entendu, nous bénéficions également de meilleures sources de faisceaux. Plus la source laser initiale est bonne, plus les harmoniques supérieures seront capables de produire des impulsions attosecondes. Pour nous, cela conduit à d'autres avancées technologiques, telles que de nouvelles méthodes de diagnostic et de mesure dans le domaine de la technologie laser USP - en d'autres termes, nous continuons à nous inspirer mutuellement. Mais au-delà de ces effets secondaires agréables, il y a autre chose dans mon travail qui me tient à cœur.
Q : Qu’est-ce qui est très important pour vous ?
L＇Huillier : Je suis chercheur, mais je suis aussi enseignant. Cela signifie que je peux enseigner à un groupe de jeunes brillants et les voir grandir et enrichir leur expérience, ce qui, je pense, est ma plus grande contribution.
Profil de Anne L'Huillier
Anne L'Huillier, née à Paris en 1958, est une physicienne française et actuellement professeur de physique atomique à l'université de Lund. Elle a été l’une des personnalités clés dans la création du domaine de recherche en physique attoseconde et a reçu de nombreux prix. Plus tôt cette année, elle a reçu le prix Berthold Leibinger du futur pour ses travaux de recherche et quelques jours plus tard, elle a reçu le prix Nobel de physique 2023 aux côtés de Pierre Agostini et Ferenc Krausz.