Publié le 6 octobre 2025 04:37:00. Des chercheurs ont réussi à créer le premier laser à rayons X atomique attoseconde, ouvrant la voie à l’étude des processus les plus rapides de la nature avec une précision sans précédent. Cette avancée, fruit de travaux menés aux États-Unis et au Japon, pourrait révolutionner des domaines allant de la physique quantique à la visualisation du mouvement des électrons dans les molécules.
- La création d’un laser à rayons X capable de produire des impulsions d’une durée inférieure à 100 attosecondes (10-18 seconde).
- L’observation de phénomènes optiques non linéaires, tels que le cyclisme et la filamentation de Rabi, dans le domaine des rayons X durs.
- Le potentiel d’applications révolutionnaires dans l’optique des rayons X quantique et la visualisation du mouvement des électrons.
Cette découverte majeure s’appuie sur l’utilisation de lasers à rayons X ultra-intenses, plus précisément des lasers à électrons libres (XFEL), au SLAC National Accelerator Laboratory aux États-Unis et à l’Angstrom Spring-8 au Japon. Les chercheurs ont observé des comportements inattendus lors d’expériences visant à étudier l’émission stimulée de rayons X à partir de cuivre (Cu) et de manganèse (Mn). Ces observations ont conduit à la confirmation de l’existence de phénomènes non linéaires, jusque-là observés uniquement dans le domaine de la lumière visible, mais maintenant reproduits dans le régime des rayons X.
L’équipe de recherche a constaté que ces effets non linéaires pouvaient être exploités pour générer des impulsions de rayons X d’une durée extrêmement courte, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour l’étude des processus atomiques et moléculaires à l’échelle de l’attoseconde. Cette échelle de temps est essentielle pour comprendre les phénomènes les plus rapides qui se produisent dans la nature, comme le mouvement des électrons au sein des atomes et des molécules.
L’observation de ces phénomènes n’était pas l’objectif initial des expériences. Les scientifiques étudiaient initialement l’émission stimulée de rayons X pour déterminer la composition chimique de composés métalliques de transition comme le manganèse. C’est en analysant des anomalies dans les données – des points chauds et des variations aléatoires dans l’émission stimulée – qu’ils ont commencé à suspecter la présence d’effets plus complexes. L’augmentation de l’intensité du faisceau XFEL a révélé un élargissement spectral et une division des pics bien supérieurs à ce qui était attendu en fonction des propriétés connues du manganèse et du cuivre.
Il a fallu plusieurs années de recherche et de modélisation pour confirmer ces résultats. Une percée a été réalisée grâce au développement d’une simulation tridimensionnelle (3D) capable de reproduire les conditions expérimentales. Cette simulation a permis de valider rigoureusement l’interprétation des spectres observés et de confirmer l’existence des phénomènes de cyclisme et de filamentation de Rabi dans le domaine des rayons X.
Cette avancée ouvre la voie à de nouvelles recherches en rayons X attosecondes avec une résolution spatiale atomique. Les impulsions générées pourraient être utilisées dans des applications variées, allant de l’optique des rayons X quantique à la visualisation du mouvement des électrons à l’intérieur des molécules, permettant ainsi une meilleure compréhension des processus fondamentaux qui régissent la matière. L’article complet est disponible dans la revue Nature.