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    Le prix Nobel

    Comment le prix Nobel stimule le développement de la science

    CC BY 2.0 / Adam Baker / Nobel Prize Medal in Chemistry
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    Lundi 10 décembre à Stockholm, le prix Nobel de physique a été remis aux chercheurs Arthur Ashkin, Gérard Mourou et Donna Strickland pour leurs découvertes dans le domaine de la physique des lasers.

    Dans cette interview à l'agence de presse Rossiya Segodnya, Sergueï Poproujenko, professeur à l'Institut de technologies laser et plasma de l'Université nationale de recherche nucléaire MEPhI (Institut d'ingénierie physique de Moscou), évoque l'importance de la découverte de Mourou et de Strickland et ses perspectives d'utilisation dans la physique laser du futur.

    - En quoi consiste la découverte de Strickland et de Mourou?

    — Le travail qu'ils ont accompli en 1985 a conduit à un immense progrès dans l'augmentation de l'intensité maximale possible des dispositifs laser.

    On a longtemps pensé que cette puissance était limitée par le fait que le vecteur du laser pouvait supporter une densité d'énergie limitée. Les dispositifs laser ont atteint cette limite dans les années 1980, et toutes les recherches nécessitant une plus grande puissance sont passées dans le domaine de la science-fiction.

    En 1985, Gérard Mourou et Donna Strickland ont inventé un moyen de contourner cette limite. A cette époque sont apparus des dispositifs laser émettant des impulsions ultracourtes. Une courte impulsion laser peut être étendue dans le temps en utilisant un système de prismes ou un réseau de diffraction modifiant légèrement sa couleur entre le début et la fin, la rendant plus rouge d'un côté et plus bleue de l'autre.

    Gérard Mourou et Donna Strickland ont eu l'idée de prendre une impulsion femtoseconde renforcée au maximum pour l'allonger des milliers et des centaines de milliers de fois en la "colorant" légèrement, de sorte que chacune de ses parties ait sa propre fréquence, différente de la moyenne.

    La puissance de l'impulsion est ainsi réduite. L'impulsion laser, qui était à la limite de sa puissance en traversant un réseau de diffraction, s'allonge, et sa puissance chute. Ensuite, il est possible de la relancer dans le système pour l'augmenter à nouveau jusqu'à la limite. Puis de la compresser de nouveau après qu'elle a été reflétée dans un nouveau réseau de diffraction.
    L'intensité du rayonnement laser augmente ainsi des milliers de fois. Gérard Mourou et Donna Strickland ont montré comment cette idée fonctionnait, et il s'est avéré qu'elle était relativement facile à réaliser.

    - Quel a été le résultat de cette invention?

    — Une augmentation immense de la puissance accessible du rayonnement laser. En 30 ans, elle a été multipliée par un million. De plus, cette invention a donné une puissante impulsion à la science fondamentale. Les chercheurs se sont rapprochés d'un domaine de la physique qui était jusque là jugé inaccessible aux expérimentations.

    - Quand le MEPhI s'est joint-il à ces recherches?

    — Nous avions un responsable de la chaire de physique nucléaire théorique, l'un des plus grands théoriciens du monde et l'un des meilleurs spécialistes en électrodynamique quantique des champs électromagnétiques puissants: le professeur Nikolaï Narojny. Il connaissait Mourou depuis les années 1970, quand ils avaient fait leur stage à l'université de Rochester aux USA.

    En 2005, pendant une conférence sur la physique laser au Japon, Mourou et Narojny se sont rencontrés et se sont souvenus l'un de l'autre.

    Cette rencontre a été très productive. Quand Mourou a entendu le rapport de Narojny, qui prédisait la naissance de la paire "électron et positron" du vide dans un champ magnétique puissant, et les rapports d'autres scientifiques, il a compris que son invention devait apporter un énorme coup de pouce au développement de la physique fondamentale, et si cette technologie était utilisée à un niveau plus sophistiqué, il serait possible d'obtenir précisément les champs magnétiques évoqués par Narojny.

    Mourou s'est demandé pourquoi il devait y avoir une paire "électron et positron"? Peut-être qu'en augmentant davantage l'intensité, le vide exploserait tout simplement sous l'effet de ces paires et les projetterait en grand nombre. C'est alors qu'est née sa fameuse phrase: "Mon rêve est de fabriquer un dispositif laser capable de faire exploser le vide."

    - Comment est-il possible de faire exploser le vide?

    — Cette idée est née lors des discussions entre Mourou, Narojny et d'autres théoriciens. Un électron peut percuter un photon dans le champ laser et faire naître une autre paire "électron-positron", puis une autre. Ce qui engendre une cascade semblable à celles qui apparaissent lors de la pénétration de rayons cosmiques dans l'atmosphère de la Terre. Une telle "averse" apparaît littéralement du vide si l'on y focalise un puissant rayonnement laser.

    Narojny, Fedotov, Korn et Mourou ont publié des travaux prouvant que dans de telles conditions, ces cascades évolueront et qu'au final le rayonnement laser sera entièrement converti en particules — c'est ce qui s'appelle "faire exploser le vide". Même si l'on est encore très loin de la réalisation de cette idée.

    - Comment évoluent les projets centrés sur la création de dispositifs laser superpuissants?

    — Le projet le plus connu, Extreme Light Infrastructure (ELI), est un laboratoire en construction composé de trois sections séparées en République tchèque, en Roumanie et en Hongrie. Ce projet implique la création d'un dispositif d'une intensité de 1024, voire 1025 watts au cm². Avant l'invention de Strickland et de Mourou, l'intensité ne dépassait pas 1015 watts au cm².
    Cela reste insuffisant pour réaliser l'idée de Mourou de faire exploser le vide, mais c'est un progrès considérable.

    La prochaine étape est la création de l'Exawatt Center for Extreme Lights Studies (XCELS) doté du plus puissant dispositif laser au monde, d'une intensité de 1026 watts au cm² et plus.
    Ce dispositif a été conçu avec la participation de Mourou et d'autres grands experts internationaux en matériel laser superpuissant à l'Institut de physique appliquée affilié à l'Académie des sciences de Russie à Nijni Novgorod, sous la direction du président actuel de l'Académie des sciences de Russie Alexandre Sergueev. Actuellement, le projet est en attente de financement, et l'attribution du prix Nobel à Mourou devrait permettre de l'accélérer.

    - Quelles autres conséquences pourrait avoir l'attribution du prix Nobel?

    — Je pense que le soutien aux projets laser se renforcera dans le monde.
    Le public prêtera attention à ce domaine scientifique, des écoliers et des étudiants apprendront son existence et certains choisiront ce domaine de recherches.
    C'est également important pour le MEPhI parce que notre université est assez profondément impliquée dans ce travail — en tant que théoriciens nous participons aux mégaprojets ELI et XCELS.
    Bien que les lasers soient encore en construction, l'infrastructure d'ELI fonctionne déjà. J'ai récemment visité les lieux et j'ai appris du directeur du projet Georg Korn que parmi les collaborateurs du projet, les Russes étaient en deuxième position en termes de nombre — dont beaucoup de collaborateurs du MEPhI.

    Il est à noter que le MEPhI offre de très bonnes conditions de départ aux jeunes qui ont décidé travailler dans la science laser expérimentale ou théorique. Les laboratoires avec lesquels nous collaborons sont à l'avant-garde de la science laser expérimentale au niveau mondial.

    J'espère que dans quelques années, le dispositif ELI fonctionnera et que ce sera l'avant-dernière étape pour la vérification pratique des idées de Mourou, basées sur les travaux de Nikolaï Narojny et d'autres physiciens théoriciens.

    Et le dernier pas sera fait en Russie si le projet XCELS était soutenu.

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    Tags:
    plasma, laser, physique, science, Université nationale de recherche nucléaire (MEPhI), Russie
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