08/06/2012 - Méthode permettant d'obtenir un faisceau de rayons X cohérent à partir d'un laser infrarouge

Menéame

Des scientifiques de plusieurs pays, dont l’Espagne, ont mis au point une méthode pour produire un faisceau cohérent de rayons X à partir d’un laser infrarouge. Les rayons générés sont un outil prometteur dans microscopie nanoscopique et observation ultra-rapide.

"La nature des rayons X est la même que la lumière visible [électromagnétique], mais chacun de ses photons a une énergie mille fois plus grande," expliquent Carlos Hernández García et Luis Plaja, scientifiques de l’Université de Salamanque. "C’est pour ça qu’il a fallu 50 ans pour créer des faisceau laser à rayons X," ils éclaircissent la SINC.

Génération de hauts harmoniques

La production d’un laser à rayons X nécessite tellement d’énergie qu’elle ne pouvait être réalisée jusqu'à présent que dans des installations énormes, comme celles qui abritent des accélérateurs de particules, où les électrons s’accéléraient jusqu'à des vitesses proches de celles de la lumière.

"Notre approche utilise des lasers infrarouges qui occupent seulement une table de laboratoire," affirment les chercheurs espagnols.

La technique qu’ils ont utilisée s’appelle "Génération des Hauts harmoniques" (High-Order Harmonic Generation, en anglais) et fragmente les atomes d’un gaz en utilisant un laser à haute intensité. "Chaque atome de gaz devient ainsi un minuscule collisionnateur de particules, un nanoaccélérateur, dont les photons émergent à rayons X" éclairent les scientifiques.

"La technique HHG a une analogie musicale parfaite, affirment Hernández et Plaja. Lorsque nous appuyons sur la touche d’un piano, une note accompagnée des autres du même nom, mais dans des octaves différentes et avec une intensité moindre, sonne. Dans le cas de la lumière, chaque atome se comporte comme un instrument musical: le laser fait vibrer les électrons des atomes de gaz à des fréquences harmoniques, le double, le triple et, dans notre cas, jusqu'à 5 000 fois ! Comme le son de chaque octave supérieure est progressivement plus aigu, la lumière de chaque harmonique est progressivement plus énergétique, passant d’être visible, à ultraviolet et finalement à rayons X."

Selon les auteurs, ce qui est vraiment exceptionnel, c’est que tous les nanocollisionneurs fonctionnent de manière synchronisée "comme un grand orchestre, suivant fidèlement la batute laser de haute intensité." Le résultat est un faisceau de rayons X "cohérent," qui est la propriété qui distingue le laser de la lumière conventionnelle (comme celle d’une ampoule) et qui en fait un outil si particulier.

" Les rayons X cohérents que nous avons générés sont prometteurs pour comprendre, mesurer et contrôler le monde nanométrique ," signale Hernández García et Plaja.

Les applications actuelles et futures de la cohérence

" Pour les physiciens, la cohérence est une manière d’exprimer la régularité - explique les deux Espagnols. Les vagues de la mer en un jour de calme sont cohérentes parce qu’elles se succèdent régulièrement, avec une distance plus ou moins constante entre elles. En un jour de marejada, en revanche, les vagues ne suivent aucun type de modèle."

La longueur d’onde des rayonnements qu’ils ont générés dans cette recherche correspond à ce qu’on appelle les rayons X "blancs " qui se distinguent des "durs" parce qu’ils sont moins capables de pénétrer. "Dans les radios, par exemple, on utilise les durs," nuancent les scientifiques.

"Les rayons X mous sont des outils qui ont de nombreuses applications, comme la mesure et l’observation des parties des virus plus petits et des processus qui se produisent à l’intérieur d’un atome," affirment-ils. Ces rayons offrent des résolutions nanométriques et peuvent donc être utilisés en microscopie nanoscopique.

D’autre part, les rayons X obtenus varient très rapidement. Cela, ajouté à ce qu’ils sont générés dans des faisceau cohérents (régulateurs dans l’espace et dans le temps), les transforme en 'horloges' à grande résolution, en dessous de l’athtoseconde - un trigonème de seconde, c’est-à-dire un second divisé en 1.000.000.000.000 millions.

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