Une équipe internationale de chercheurs propose une nouvelle approche pour créer des sources lumineuses ultra-brillantes, en repensant les principes de base de la physique des radiations. Cette approche pourrait ouvrir la voie à des avancées scientifiques et technologiques majeures.
Une équipe de chercheurs de l’Instituto Superior Técnico (IST) au Portugal, de l’Université de Rochester, de l’Université de Californie, Los Angeles, et du Laboratoire d’Optique Appliquée en France, a publié une étude dans Nature Photonics. Ils y proposent d’utiliser des quasiparticules pour créer des sources lumineuses aussi puissantes que les plus avancées actuellement, mais beaucoup plus petites.
Les quasiparticules sont formées par de nombreux électrons se déplaçant en synchronisation. Elles peuvent se déplacer à n’importe quelle vitesse, même plus rapidement que la lumière, et résister à des forces intenses, comme celles à proximité d’un trou noir.
Les propriétés uniques des quasiparticules
« L’aspect le plus fascinant des quasiparticules est leur capacité à se déplacer de manière qui serait interdite par les lois de la physique régissant les particules individuelles », précise John Palastro, scientifique senior au Laboratory for Laser Energetics, professeur assistant au Département de génie mécanique et professeur associé à l’Institut d’Optique.
Les scientifiques ont étudié les propriétés uniques des quasiparticules dans les plasmas en utilisant des simulations informatiques avancées sur des superordinateurs disponibles grâce à l’entreprise commune européenne de calcul haute performance.
Ils voient des applications prometteuses pour les sources lumineuses basées sur les quasiparticules, notamment l’imagerie non destructive pour la détection de virus, la compréhension de processus biologiques comme la photosynthèse, la fabrication de puces informatiques, et l’exploration du comportement de la matière dans les planètes et les étoiles.
Un avantage distinct sur les formes existantes
« La flexibilité est énorme », s’enthousiasme Bernardo Malaca, doctorant à l’IST et principal auteur de l’étude. « Même si chaque électron effectue des mouvements relativement simples, le rayonnement total de tous les électrons peut imiter celui d’une particule se déplaçant plus rapidement que la lumière ou d’une particule oscillante, même s’il n’y a pas un seul électron localement qui est plus rapide que la lumière ou un électron oscillant. »
Les sources lumineuses basées sur les quasiparticules pourraient avoir un avantage distinct sur les formes existantes, comme les lasers à électrons libres, qui sont rares et massifs, les rendant impraticables pour la plupart des laboratoires, hôpitaux et entreprises.
Avec la théorie proposée dans l’étude, les quasiparticules pourraient produire une lumière incroyablement brillante avec juste une petite distance à parcourir, ce qui pourrait potentiellement déclencher des avancées scientifiques et technologiques généralisées dans les laboratoires du monde entier.
En synthèse
En repensant les principes fondamentaux de la physique des radiations, une équipe internationale de chercheurs propose une nouvelle voie pour la création de sources lumineuses ultra-brillantes grâce aux quasiparticules. Cette approche pourrait ouvrir la voie à des avancées scientifiques et technologiques majeures, en rendant ces sources lumineuses plus accessibles pour les laboratoires, hôpitaux et entreprises du monde entier.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’une quasiparticule ?
Une quasiparticule est une entité formée par de nombreux électrons se déplaçant en synchronisation. Elles peuvent se déplacer à n’importe quelle vitesse, même plus rapidement que la lumière, et résister à des forces intenses.
Quel est le rôle des quasiparticules dans la création de sources lumineuses ?
Les quasiparticules peuvent être utilisées pour créer des sources lumineuses aussi puissantes que les plus avancées actuellement, mais beaucoup plus petites.
Quelles sont les applications potentielles de ces sources lumineuses ?
Les applications prometteuses pour les sources lumineuses basées sur les quasiparticules incluent l’imagerie non destructive pour la détection de virus, la compréhension de processus biologiques comme la photosynthèse, la fabrication de puces informatiques, et l’exploration du comportement de la matière dans les planètes et les étoiles.
Quels sont les avantages des sources lumineuses basées sur les quasiparticules ?
Les sources lumineuses basées sur les quasiparticules pourraient avoir un avantage distinct sur les formes existantes, comme les lasers à électrons libres, qui sont rares et massifs, les rendant impraticables pour la plupart des laboratoires, hôpitaux et entreprises.
Qu’est-ce que la théorie proposée dans l’étude implique pour l’avenir ?
Avec la théorie proposée dans l’étude, les quasiparticules pourraient produire une lumière incroyablement brillante avec juste une petite distance à parcourir, ce qui pourrait potentiellement déclencher des avancées scientifiques et technologiques généralisées dans les laboratoires du monde entier.
Légende illustration principale : Une équipe de scientifiques a effectué des simulations informatiques avancées sur des superordinateurs afin de proposer un moyen d’utiliser les quasiparticules pour créer des sources de lumière ultra-brillantes. (Crédit photo : Bernardo Malaca)
Article : « Coherence and superradiance from a plasma-based quasiparticle accelerator » – DOI: 10.1038/s41566-023-01311-z
