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Le laser de Paul Corkum est précis à la 1018 seconde !

Rien ne prédisposait Paul Corkum a créer une nouvelle branche de la physique absolument fascinante: l'attoseconde, ou la photographie de l'infiniment petit. Ce chercheur est même parvenu à voir un électron et il espère bientôt pouvoir filmer une réaction chimique.

Paul Corkum a mis au point un système de laser capable d'illuminer un électron durant quelques attosecondes. «Nous savons tous d'expérience que le flash d'un appareil photo permet de fixer sur image quelque chose qui bouge, explique-t-il. Et plus le flash est rapide, plus on peut fixer une chose qui bouge rapidement.» C'est ainsi qu'en utilisant l'impulsion d'un laser, on photographie aisément le déplacement d'une balle tirée par un fusil.

Or, l'équipe du professeur Corkum a mis au point un appareil capable de produire un flash qui ne dure qu'une attoseconde. Pour comprendre à quoi correspond ce minuscule intervalle de temps, il nous propose d'imaginer la durée d'une seconde. «Divisez cette seconde en un million de parties, dit-il. Prenez l'une de ces parties et divisez-la en un million de parties. Prenez ensuite l'une de ces parties et divisez-la encore en un million de parties. Voilà ce qu'est une attoseconde: un millionième de millionième de millionième de seconde, ou 1018 seconde.»

Une autre façon d'imaginer ce que représente une attoseconde est de considérer que celle-ci est à une seconde ce qu'une seconde est à l'âge de l'Univers! «Vous comprenez que notre vie ne se déroule pas à la même échelle de temps qu'évolue l'Univers, pose-t-il. Notre vie est très différente de ce qui se passe dans l'Univers, où il y a eu le Big Bang, la formation des galaxies, l'évolution du Soleil et de la Terre... Eh bien, la même différence existe entre notre existence et ce qui se passe à l'échelle de l'attoseconde.»

De la physique à la mécanique

C'est par hasard que Paul Corkum en est venu à fonder une discipline scientifique. Se présentant comme d'origine modeste -- son père était capitaine de remorqueur dans le port de Saint-Jean, au Nouveau-Brunswick --, il dit avoir été un élève «moyen» ne possédant qu'une seule habileté: la bosse des mathématiques. «J'ai perdu mon père à l'âge de 13 ans, dit-il, et ma mère m'a conseillé d'apprendre quelque chose d'utile. Comme j'aimais bien les mathématiques, elle m'a suggéré le génie. Pourquoi pas, puisqu'il y avait pas mal de maths.» Ce n'est qu'une fois à l'université que le jeune Corkum découvre la physique. «Adolescent, je ne savais probablement pas que la physique existait!», lance-t-il en riant.

Fort en mathématiques, il s'est tout naturellement dirigé vers la physique théorique (plutôt qu'expérimentale). Mais c'est par hasard qu'il est finalement devenu un physicien expérimental. «Au début de ma carrière, j'avais une automobile... Avec le temps, elle prenait de l'âge, mais je n'avais pas les moyens d'en acheter une autre. Un jour, elle s'est mise à faire de la fumée. J'ai donc entrepris de la réparer. Ne connaissant rien à la mécanique, j'ai fait comme tout bon scientifique: je me suis procuré un tas de livres sur l'automobile. Je l'ai alors complètement démontée pour la réassembler. Et ça a marché! Même mon épouse en a été fort impressionnée.»

Quelque temps plus tard, un poste de physicien expérimental s'ouvre au Conseil national de recherches Canada (CNRC). Le jeune chercheur pose sa candidature. «Pourquoi vous engagerait-on, vous qui n'avez aucune expérience en tant que physicien expérimental ?», lui objecte-t-on. «Parce que... j'ai un jour remonté mon automobile sans problème», répond-il du tac au tac. «Pour cette raison, on m'a engagé!»

«Cependant, non seulement je n'avais aucune expérience comme physicien expérimental, mais je ne connaissais rien aux lasers, mon domaine de recherche», dit-il en riant.

Le scientifique fait rapidement ses classes en participant à la création de l'Institut Steacie des sciences moléculaires, la composante du CNRC spécialisée dans l'utilisation des lasers. C'est à cet institut que l'équipe qu'il dirige -- le groupe Science atomique, moléculaire et optique -- crée la science de l'attoseconde.

Pourquoi observer le monde des attosecondes ?

Depuis l'invention du laser, dans les années 1950, les spécialistes parvenaient régulièrement à créer des appareils sans cesse plus rapides, jusqu'à ce qu'ils frappent un mur en 1986. «Il n'y avait pas moyen de dépasser la barre des 6000 attosecondes», indique Paul Corkum. De fait, cette barrière est demeurée infranchissable durant une décennie, soit jusqu'à ce que son équipe imagine une nouvelle approche. «Il s'agit d'une technique qui ouvre une nouvelle ère dans la recherche scientifique», commente-t-il modestement.

En effet, observer ce qui se passe à l'échelle des attosecondes permet de voir vibrer les atomes, de suivre les mouvements des électrons autour de leur noyau et d'ainsi étudier ce qui se passe lors des réactions chimiques. Autrement dit, jusqu'à présent, les chercheurs imaginaient ce qui se passe à l'échelle atomique, mais voilà qu'ils pourront bientôt le voir.

Déjà, l'équipe de Paul Corkum a photographié un électron. «En fait, l'électron n'est pas, comme on l'imagine généralement, une particule qui gravite autour de son noyau, corrige-t-il. C'est plutôt une onde. Mais nous avons observé cette onde de la même manière que, à l'hôpital, on reconstitue l'intérieur de votre corps à l'aide d'un tomographe.»

Pour l'instant, tout ce qu'on parvient à faire, c'est de créer des photos de l'infiniment petit. Toutefois, le chercheur espère qu'on pourra bientôt filmer ce qui s'y passe. «Rappelez-vous les premiers films, dit-il. Ils étaient un peu "insipides", montrant quelque chose comme un homme traversant la rue. C'est ce que j'espère faire d'ici peu...» Évidemment, on a ensuite filmé des choses beaucoup plus intéressantes, comme le trot d'un cheval pour savoir s'il arrive que les quatre pattes du cheval soient en l'air toutes en même temps. On a par la suite filmé les mouvements des athlètes, le vol des oiseaux, etc.

«À quoi servira au juste la technique de l'attoseconde?, pose le Pr Corkum. À vrai dire, je ne le sais trop. Mais je ne puis imaginer qu'elle ne sera pas très utile.» Il espère entre autres filmer une réaction chimique, c'est-à-dire ce qui se passe à la périphérie des atomes lorsqu'il y a échange d'électrons. «Je suis absolument convaincu que nous ferons alors des observations fort intéressantes...»

Collaborateur du Devoir