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Mesurer le temps sans horloge…
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Lorsque la lumière frappe certains matériaux, elle suscite une émission d'électrons. Ce phénomène, appelé "photoémission", a été découvert en 1905 par Albert Einstein, ce qui lui a valu le Prix Nobel. Mais c'est seulement au cours des dernières années, avec les progrès de la technologie du laser, que les scientifiques ont pu approcher les échelles de temps incroyablement courtes de la photoémission. Des chercheurs de l'EPFL viennent de déterminer un décalage d'un milliardième de milliardième de seconde dans une photoémission en mesurant le spin des électrons photo-émis sans devoir utiliser des impulsions laser ultracourtes.
Le laboratoire de Hugo Dil à l'EPFL, avec des collègues en Allemagne, a montré que durant la photoémission, la polarisation du spin des électrons émis peut être corrélée avec les décalages de temps de la photoémission. Plus important, ils ont fait cette démonstration sans devoir recourir à quelque mesure de temps que ce soit – en d'autres termes, sans devoir recourir à une horloge. Pour y arriver, les scientifiques ont utilisé un type de spectroscopie de photoémission (SARPES) pour mesurer le spin d'électrons photo-émis par un cristal de cuivre.
« Avec des lasers, vous pouvez mesurer directement le décalage de temps entre différents processus, mais il est difficile de déterminer le moment où un processus démarre – le temps zéro », dit Mauro Fanciulli, un doctorant du groupe de Dil et auteur principal de l'article. « Mais avec notre expérience, nous mesurons le temps d'une manière indirecte, et ainsi nous n'avons pas ce problème – nous avons pu accéder à l'une des échelles de temps les plus courtes jamais mesurées. Les deux techniques -spin et laser- sont complémentaires, et ensemble elles peuvent fournir un champ d'informations complètement nouveau ».
L'information relative à l'échelle de temps de la photoémission fait partie de la fonction d'onde des électrons émis. Il s'agit d'une description quantique de la probabilité de l'endroit où un électron quelconque peut être trouvé à n'importe quel moment. Avec SAPRES, les scientifiques ont pu mesurer le spin des électrons, ce qui à son tour leur a permis d'accéder à leurs propriétés de fonction d'onde.
« Ce travail est une démonstration de principe susceptible de déclencher de futures recherches fondamentales et appliquées », dit Hugo Dil. « Il traite de la nature fondamentale du temps lui-même, et permettra de comprendre les détails du processus de photoémission, mais il peut aussi être utilisé en spectroscopie de la photoémission sur des matériaux intéressants ». Parmi ces matériaux, il y a le graphène et des supraconducteurs à haute température, que Dil et ses collègues étudieront prochainement.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
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