ARCHIVÉ - La bourse Polanyi revient aux «  maîtres de l'attoseconde  »

Le 08 mai 2008 — Ottawa (Ontario)

Cette année, deux éminents chercheurs canadiens – Paul Corkum et André Bandrauk – se partageront le prix John C. Polanyi décerné par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG). Dévoilée en mars, la bourse de 250 000 $ couronne les réalisations des deux scientifiques dans un tout nouveau domaine baptisé « science de l'attoseconde ».

M. Corkum est physicien en chef à l'Institut Steacie des sciences moléculaires du CNRC et occupe une chaire canadienne de recherche à l'Université d'Ottawa. Cumulant les prix prestigieux en physique depuis une dizaine d'année, M. Corkum vient d'être nommé Officier de l'Ordre du Canada. On le considère comme le « père » des impulsions laser d'une attoseconde – des impulsions si rapides qu'elle ont permis de capter la première image d'un électron gravitant autour de son atome.

Son collègue, M. Bandrauk, est théoricien en chimie et détient la chaire canadienne de recherche en chimie computationnelle et en photonique moléculaire à l'Université de Sherbrooke. Le début de sa fort productive collaboration avec M. Corkum dans la science des lasers remonte au milieu des années 1980. Ses simulations très complexes sur un super ordinateur et les expériences de pointe de M. Corkum sur les lasers ont fait connaître le duo dans le monde entier lorsqu'ils ont réussi à manipuler puis à immortaliser sur la pellicule des électrons à l'échelle temporelle d'à peine quelques attosecondes.

L'attoseconde est un milliardième de milliardième de seconde. Elle est mille fois plus courte qu'une femtoseconde et un milliard de fois plus brève qu'une nanoseconde.

Le recours aux techniques laser a fait progresser nos connaissances sur l'atome de plusieurs ordres de grandeur en quelques années seulement. M. Corkum se souvient du peu qu'il savait des lasers à son arrivée au CNRC, en 1973. « Je n'en avais jamais vu, avoue-t-il. J'étais théoricien et me joignais à une équipe du CNRC qui utilisait les lasers pour voir comment la lumière réagit avec les plasmas – des électrons libérés des ions auxquels ils sont normalement attachés. » L'équipe avait bâti un laser au CO₂ – une invention canadienne de calibre mondial qui a fait avancer la science moléculaire.

« Je me demandais si j'arriverais à contrôler le mouvement des électrons en les éclairant avec un faisceau laser, reprend le chercheur. J'ai donc entrepris de produire de très brèves impulsions avec un laser au CO₂. » Sa collaboration avec M. Bandrauk n'a commencé que plusieurs années par la suite.

Paul Corkum (à droite) et André Bandrauk se partageront la bourse Polanyi du CRSNG de 2007.

M. Corkum évoque les travaux fondamentaux réalisés par plusieurs lauréats du prix Nobel, notamment Ahmed Zewail, qui a remporté celui de chimie en 1999, pour ses recherches révolutionnaires sur la visualisation et l'étude des réactions chimiques à l'échelle de l'atome.

« M. Zewail nous a montré que les impulsions laser d'une attoseconde permettent de voir comment les atomes se déplacent dans la molécule durant une réaction chimique, explique M. Corkum. Il a recouru pour cela à une technique qu'on pourrait décrire comme étant l'appareil photo le plus rapide au monde, car il permet de voir les molécules pendant la transition entre deux états chimiques. Cet appareil faisait appel à une nouvelle technologie laser produisant des éclairs de lumière de quelques dizaines de femtosecondes. Pareille vitesse suffit pour observer le mouvement des molécules, mais pas celui des électrons. »

MM. Corkum et Bandrauk ont donc décidé d'unir leurs talents pour créer des impulsions plus brèves, soit de l'ordre de l'attoseconde – mille fois plus courtes que celles d'une femtoseconde. Ils ont réussi à tirer les électrons de leur orbite et à les prendre en photo au moment où ils refaisaient collision avec l'ion qui les tenait captifs, et produisaient un éclair de lumière.

« Grâce à la technique photo de M. Zewail, nous avons capté le mouvement des électrons en temps réel, déclare M. Corkum. À la vitesse d'une attoseconde, la lumière émise par la collision engendre une image de l'électron qui se déplace. »

Quand on l'interroge sur les applications potentielles de ses travaux, M. Corkum ne peut qu'offrir des spéculations. « Certains croient que cette technique aura sa place dans la technologie des matériaux, en biophotonique ou dans les télécommunications à grande largeur de bande, mais, pour parler franchement, je ne vois pas encore comment nous y arriverons. Les spécialistes dans ces domaines devront préciser les affinités qui nous échappent pour l'instant. »

M. Corkum mentionne bien une application éventuelle en nanométrologie, car sa technique permettra aux scientifiques de voir les dimensions et les détails fins des nanoparticules. L'Institut des étalons nationaux de mesure du CNRC est d'ailleurs intéressé à démarrer un projet en nanométrologie avec son équipe.

Pour ce qui est des bienfaits pour l'humanité, M. Corkum rêve d'explorer la structure des cellules vivantes avec le laser à attoseconde. « Nous n'avons pas encore de carte de la cellule à l'échelle moléculaire, explique-t-il. Peut-être pourrait-on utiliser ces intenses impulsions lumineuses afin d'établir la masse et l'emplacement de chaque molécule dans une cellule. » Selon lui, pareils travaux aideraient un jour les chercheurs en médecine à mieux comprendre les processus cellulaires, ce qui conduirait à une administration plus efficace des médicaments.

La capacité de visualiser, de saisir et de maîtriser le mouvement des électrons a propulsé le tandem Bandrauk-Corkum à l'avant-scène de cette toute nouvelle branche de la science. Pour en savoir plus sur cette remarquable collaboration et la bourse John C. Polanyi, on visitera le site Web du CRSNG, à l'adresse http://www.nserc.gc.ca/award_f.asp?nav=polanyi&lbi=current.

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