Les scientifiques ont mesuré le plus petit fragment de temps jamais observé

Les scientifiques ont mesuré le plus petit fragment de temps jamais observé. Ils ont pu mesurer les changements dans un atome de l’ordre de la zeptoseconde, soit un milliardième de billionième de seconde.

Une équipe de physiciens annonce avoir mesuré l’ensemble du processus d’éjection d’un électron de son atome soumis à l’action de la lumière. Ce principe, aujourd’hui connu comme l’effet photoélectrique, fut proposé en 1905 par Albert Einstein. Il se produit lorsque des particules de lumière appelées photons frappent les électrons en orbite autour d’un atome.

Selon les lois de la mécanique quantique, l’énergie de ces photons est soit entièrement absorbée par un électron, soit répartie entre plusieurs. Mais jusqu’à présent, personne n’avait été en mesure d’étudier ce processus avec suffisamment de précision. Aujourd’hui, une équipe de physiciens de l’Institut Max Planck en Allemagne, menée par Marcus Ossiander, annonce avoir mesuré ce processus avec une précision encore inégalée. En d’autres termes, ils ont pu mesurer le processus qui précède l’éjection de l’électron de son atome. Leurs résultats ont été publiés l’équipe dans la revue Nature Physics.

En tirant au laser sur un atome d’hélium, les chercheurs ont ainsi pu mesurer la totalité de cet effet photoélectrique avec 10 -21 secondes de précision — le plus petit fragment de temps jamais mesuré — c’est-à-dire le temps qu’il faut à l’électron pour changer son état quantique. L’avantage d’un atome d’hélium formé aux tout premiers instants de l’Univers avec l’atome d’hydrogène, c’est qu’il ne se compose que de deux électrons périphériques. Cela signifie que vous avez un atome relativement « simple » dans sa composition, mais avec assez d’électrons pour mesurer leur comportement quantique, à savoir déterminer comment l’énergie du photon se divise entre les électrons.

Dans la première série d’expériences, les chercheurs ont tiré sur l’atome une impulsion laser ultra-courte dans le domaine de l’ultraviolet pour exciter ses deux électrons. L’impulsion n’aura duré que 100 à 200 attosecondes (une attoseconde équivaut à un milliardième de milliardième de seconde). Ils ont ensuite utilisé une impulsion laser dans l’infrarouge qui aura duré 4 femtosecondes (10 -15 secondes). Au total, ils ont calculé que l’éjection de l’un des deux électrons avait pris entre 7 et 20 attosecondes en fonction de son interaction avec son noyau et l’autre électron. Ainsi, les chercheurs ont enfin pu déterminer comment l’énergie du photon incident avait été distribuée au niveau quantique avant l’émission des deux électrons de l’atome d’hélium.

Parfois, l’énergie était répartie de manière égale entre les deux électrons et parfois de manière inégale. Il est également arrivé qu’un électron absorbe toute l’énergie. Selon les chercheurs, plusieurs facteurs ont pu influencer ces fractures comme la corrélation entre les électrons et l’état électromagnétique du champ laser.

Toujours est-il que mesurer de tels processus au niveau quantique est une étape importante vers la compréhension des comportements des atomes et devrait mener au développement de technologies futures comme la supraconductivité ou l’informatique quantique.

Source : sciencepost.fr
http://sciencepost.fr/2016/11/scientifiques-ont-mesure-plus-petit-fragment-de-temps-jamais-observe/