Un clin d'?il aux processus ultrarapides

L'exposition, qui se tient jusqu'à la mi-décembre dans le hall d'entrée du 中国足球彩票 Info sur le site de l'ETH H?nggerberg, se laisse rapidement et facilement embrasser du regard. "Rapide" est ici tout un programme : plusieurs posters montrent des séquences d'images avec des processus qui se déroulent très rapidement - ou très lentement - et donnent en même temps un aper?u de la "recherche sur le temps ultracourt".

Dans la nature, certains processus se produisent si rapidement que même un battement de cils est très lent en comparaison. Une onde lumineuse, par exemple, est ultra-rapide : Elle s'élève et s'abaisse en seulement deux milliardièmes de seconde ! Dans le langage de la recherche, cela correspond à deux femtosecondes ou à une puissance de 10 de 2 à 10.^-15 quelques secondes.

Les particules élémentaires telles que les électrons ou les photons sont encore plus rapides : Lorsqu'ils se déplacent dans les molécules, cela prend 100 trillionièmes de seconde, soit 100 attosecondes ou 10 secondes.^-16 Aucun être humain ne peut voir à l'?il nu de tels processus ultrarapides, et même pour la recherche fondamentale, il s'agit comparativement d'un terrain inconnu.

Elargir l'horizon de l'expérience

Des réactions physiques, chimiques et biologiques fondamentales et vitales se déroulent dans le domaine temporel ultra-rapide entre les nanosecondes (10^-9s) et les attosecondes (10^-18s) s'en détachent. Les comprendre peut aider à développer des énergies alternatives, de nouvelles mémoires de données ou des applications médicales comme le sang artificiel.

"Les sens humains ne per?oivent la lumière et la vitesse que de manière très limitée", explique Ursula Keller, "c'est pourquoi nous essayons d'élargir l'horizon de l'expérience dans la recherche". Au cours de sa carrière, la professeure de physique expérimentale de l'ETH a elle-même contribué à ce que la recherche progresse vers des unités de temps toujours plus petites.

Ce n'est que depuis le début du millénaire que la recherche fondamentale peut mesurer et étudier des processus de l'ordre de l'attoseconde. Cette percée est due au développement de nouvelles sources lumineuses qui, comme par exemple le nouveau laser à rayons X SwissFEL de l'Institut Paul Scherrer, reposent sur des impulsions lumineuses et laser ultracourtes.

Aujourd'hui, la "recherche sur les temps ultra-courts" englobe des disciplines telles que la physique, la chimie, la biologie et la science des matériaux, qui sont mises en réseau dans le p?le de recherche national "Processus ultra-rapides dans les constituants moléculaires" (PRN MUST). La codirectrice de MUST est Ursula Keller, dont le groupe de physique des lasers à court terme a contribué au développement rapide.

Dix étapes de l'instant à l'attoseconde

Ce qui est un terrain inconnu pour la recherche est un défi pour les relations publiques et la transmission du savoir aux écoles : en effet, ni les processus ultrarapides, ni les technologies de recherche, ni les notations mathématiques et les modèles utilisés pour les étudier ne sont vraiment saisissables par les non-spécialistes.

Afin d'établir un lien entre la "recherche sur les temps ultracourts" et la vie quotidienne, Thomas Feurer, codirecteur du PRN MUST et professeur de physique à l'Université de Berne, ainsi qu'Anna Garry, responsable de l'administration du PRN MUST, se sont succédé à la tribune.Les deux responsables des relations publiques du PRN MUST ont eu l'idée de Jürg Osterwalder, professeur de physique des surfaces à l'Université de Zurich, dans le train.

L'idée était d'inviter des personnes étrangères au domaine à un voyage dans le temps sur les processus ultra-rapides. Le résultat a été le livre "A Journey into Time in Powers of Ten" ainsi que les expositions à la Scientitifica 2015, au Festival de Science 2016 à Neuch?tel et maintenant au H?nggerberg. En outre, le matériel est utilisé dans le cadre d'échanges avec les écoles.

"Nous souhaitons intéresser les écoles et le public à nos recherches, les faire réfléchir sur le temps et la durée des processus vitaux et leur montrer comment ces processus peuvent être chiffrés", explique Anna Garry, qui raconte comment son neveu de six ans a réagi avec fascination aux séries d'images et a immédiatement posé des questions.

Le point de départ du voyage dans le temps est - dans le livre et dans l'exposition - un clin d'?il : un tel clin d'?il dure une seconde ou l'équivalent de 10⁰s. Dans la vie quotidienne, un instant est la plus petite unité ressentie par l'homme pour percevoir les événements de son environnement. Partant de là, le voyage en dix étapes mène de l'instant aux attosecondes.

Chaque étape correspond à une puissance de dix et est associée à un court récit présentant un aspect de la recherche sur le temps ultracourt. Outre des faits de sciences naturelles, des extraits de la vie quotidienne des chercheurs apparaissent également. De cette manière, la réflexion chiffrée sur des processus vitaux devient claire et compréhensible.

Aper?u des processus rapides et lents

Un être humain saisit une pensée en un dixième de seconde ou 10^-1s. Pour courir 100 mètres, il lui faut environ 10 secondes ou 10¹s. Il faut deux heures trois quarts ou 10 minutes pour aller de Zurich à Genève en train.⁴ s. Un coup de foudre de l'autre c?té se produit en 10^-4 s.

Un doctorant de 4ème année a environ 10⁸ s utilisé pour son enseignement. 10^-8 s dure lorsqu'une méduse s'allume en vert dans la mer. "On peut facilement s'imaginer le pas entre le clin d'?il et le sprint. En faisant dix fois ce pas de dix, nous arrivons à notre recherche de manière compréhensible", explique Thomas Feurer.

"Comme beaucoup de gens ont encore plus de mal à se représenter les puissances de dix en négatif qu'en positif, nous avons opposé les processus rapides aux processus lents". Le processus le plus lent présenté dans le livre et l'exposition est la formation de la Voie lactée, qui s'est étalée sur 30 milliards d'années, soit 10¹⁸ s s'étire.