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  • Une Première : des Rayons X Extrêmement Puissants Semblent Rendre des Matériaux Transparents

    Posté le 5 septembre 2016

    SLAC_LCLS

    Lorsque des scientifiques du SLAC National Accelerator Laboratory ont ajusté l’intensité de leur laser à Rayons X afin de mieux visualiser l’échantillon qu’ils étudiaient ils ont eu une surprise : les rayons X semblaient passer directement à travers comme si aucun échantillon n’était présent.

    Ce résultat était tellement bizarre que le responsable de l’expérience, le Professeur Joachim Stöhr, a consacré les 3 années suivantes à développer une théorie qui explique ce phénomène. Son équipe vient de publier un article dans Physical Review Letters qui décrit ce qui s’est passé en 2012.

    Ce qu’ils ont vu est ce qu’on appelle un effet non linéaire où plus d’un photon, ou particule de rayon X, entre en même temps dans l’échantillon pour provoquer des effets inattendus.

    Dans ce cas les rayons X ont remué les électrons de l’échantillon et les ont fait émettre un nouveau faisceau de rayons X qui était identique à celui qui est entré, a expliqué Joachim Stöhr. Ce faisceau a continué sur le même chemin avant de frapper le détecteur. Donc, vu de l’extérieur, c’était comme si un seul faisceau était passé à travers sans être arrêté, comme si l’échantillon était transparent.

    Cet effet, appelé diffusion stimulée, n’avait jamais été observée avec des rayons X auparavant. En fait, il a fallu qu’un faisceau extrêmement intense comme celui du LCLS du SLAC (qui est des milliards de fois plus puissant que n’importe quelle autre source de rayon X) soit utilisé pour que cet effet apparaisse.

    Cette observation est une étape importante dans la quête visant à comprendre comment la lumière interagit avec la matière.

    Joachim Stöhr pense que cela pourrait ouvrir la possibilité de contrôler les électrons qui se situent le plus près du noyau des atomes.

    Les effets optiques non linéaires ne sont pas nouveaux : ils ont été découverts dans les années 1960 avec l’invention du laser, la première source de lumière si lumineuse qu’elle pouvait envoyer plus d’un photon à la fois dans un échantillon, déclenchant des phénomènes qui semblaient hors de proportion comparée à la quantité de lumière injectée. Les scientifiques utilisent ces effets pour décaler la lumière laser vers de plus hautes énergies et concentrer les microscopes optiques sur des objets plus petits que ce que l’on considérait possible jusqu’alors.

    L’ouverture du LCLS en 2009 a introduit un autre outil fondamental : le laser rayon X à électrons libres. Les scientifiques ont passé beaucoup de temps à essayer de comprendre ce qu’il était capable de faire. Sa puissance, comparée aux sources de rayons X traditionnelles, est telle que les interactions avec les échantillons sont très différentes et produit des effets qu’on ne pourrait pas obtenir avec d’autres sources de rayons X.

    Joachim Stöhr a fait cette découverte par hasard. Alors directeur du LCLS, il travaillait avec Andreas Scherz (un scientifique de l’équipe du SLAC qui travaille maintenant au European XFEL de Hambourg) et Benny Wu (étudiant diplômé) sur l’observation de la structure fine d’un matériau magnétique commun utilisé pour le stockage de données. Pour améliorer le contraste de leur image ils ont réglé le faisceau du LCLS sur une longueur d’onde qui résonnerait avec les atomes de cobalt de l’échantillon et amplifierait le signal dans leur détecteur. Les résultats initiaux semblaient très bons. Ils ont donc accru l’intensité du faisceau laser dans l’espoir de rendre l’image encore plus nette. C’est à ce moment que le motif qu’ils voyaient dans leur détecteur a soudainement disparu, comme si l’échantillon s’était volatilisé.

    Joachim Stöhr explique qu’ils pensaient avoir manqué l’échantillon. Ils ont donc vérifié l’alignement du faisceau et recommencé mais ce phénomème continuait de se reproduire. Ils ont compris qu’ils avaient affaire à quelque chose d’étrange qui devait être compris.

    L’équipe n’a pas publié ses résultats expérimentaux avant d’avoir la possibilité d’expliquer ce qu’il s’était passé exactement. Stöhr et Scherz ont publié leur explication durant l’automne dernier dans Physical Review Letters.

    “Nous développons un tout nouveau domaine de la science des rayons X non linéaires, et notre étude est juste un des blocs de base de ce domaine” a déclaré Joachim Stöhr.

    L’étude, qui inclut d’autres collaborateurs du SLAC et de Stanford, a été financé par le département de l’énergie des Etats-Unis.

    Source : SLAC Lab

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