Chronométrer l'effet tunnel avec une précision de l'attoseconde
Selon la physique quantique, les électrons liés à un atome peuvent traverser une barrière de potentiel censée les confiner, en se comportant comme une onde. Cette onde pourrait ainsi passer de l'autre côté de la barrière de potentiel, sans pour autant passer par-dessus. Le temps mis par un électron pour traverser cette barrière fait l'objet d'un débat théorique depuis les débuts de la physique quantique. En 2008, des chercheurs de l'École polytechnique fédérale de Zurich (ETHZ) ont appliqué des impulsions laser à des atomes d'hélium, pour abaisser la barrière de l'ionisation. Ceci a aidé l'un des électrons à s'échapper par effet tunnel, et les chercheurs ont pour la première fois mesuré le délai associé. Ils ont alors proposé le projet ULAD («Ultrafast lasers and attosecond dynamics») afin de concevoir un cadre théorique solide pour leurs expériences. Pendant le projet ULAD, les scientifiques ont comparé les prévisions des principales théories concurrentes, et appliqué une nouvelle méthode pour estimer la durée du transit tunnel. Ils ont ainsi appliqué des intégrales de chemin de Feynman pour calculer la distribution de probabilité du délai de transit. Cette méthode a obtenu un bon accord avec les résultats expérimentaux. Les scientifiques du projet ULAD ont utilisé des modèles (adiabatiques ou non) pour calculer la durée de transit à partir des mesures expérimentales. Ils ont aussi consacré beaucoup de temps à l'incompatibilité entre les durées découlant de la théorie et les mesures expérimentales. Ceci leur a permis de mieux comprendre la théorie du processus physique des électrons traversant une barrière de potentiel. Les résultats du projet ont été décrits dans 6 articles publiés dans de prestigieuses revues à comité de lecture: trois Physical Review Letters, Optica, J. Phys. B (signalé comme le J. Phys. B Highlight 2013) et le New Journal of Physics (signalé comme point fort 2013 pour toutes les revues IOP). Les travaux du projet ont aussi soulevé un intérêt notable lors des conférences internationales où ils ont été présentés. D'autres expériences ont déjà été prévues à l'ETHZ, pour valider les résultats du projet ULAD. L'étude des questions soulevées par les résultats expérimentaux aidera les physiciens à mieux comprendre la structure des atomes ainsi que le processus d'ionisation.
Mots‑clés
Effet tunnel, attoseconde, électrons, physique quantique, lasers ultra rapides
