Pour la première fois, des chercheurs de l'université de Lund, en Suède, ont réussi à mesurer l'état quantique des électrons éjectés des atomes après avoir absorbé des impulsions de lumière à haute énergie. Cette avancée, réalisée grâce à une nouvelle technique de mesure appelée KRAKEN, promet une compréhension plus approfondie de l'interaction entre la lumière et la matière.
La technique se concentre sur l'effet photoélectrique, où la lumière à haute énergie provoque le détachement des électrons des atomes. Traditionnellement, ces électrons émis (photoélectrons) sont traités comme des particules classiques. Cependant, ce sont des objets quantiques, se comportant à la fois comme des particules et des ondes, nécessitant des descriptions de mécanique quantique.
"En mesurant l'état quantique du photoélectron, notre technique peut répondre précisément à la question de savoir 'à quel point l'électron est quantique'", explique David Busto, maître de conférences associé en physique atomique. Le processus consiste à ioniser les atomes avec des impulsions de lumière à haute énergie ultracourtes et à utiliser des impulsions laser de différentes couleurs pour reconstruire l'état quantique tranche par tranche, à l'instar des scanners CT.
La technique KRAKEN a été appliquée avec succès aux atomes d'hélium et d'argon, révélant que l'état quantique du photoélectron varie en fonction du matériau. Cette avancée élargit le potentiel de la spectroscopie photoélectronique, un domaine reconnu par un prix Nobel en 1981. Elle donne accès à des informations quantiques auparavant inaccessibles.
Les applications potentielles comprennent l'étude des gaz moléculaires, des liquides et des solides afin de comprendre comment les cibles ionisées réagissent après la perte d'électrons. Cela pourrait avoir un impact sur la photochimie atmosphérique, les systèmes de collecte de la lumière comme les cellules solaires et la photosynthèse. Elle relie également la science de l'attoseconde et la spectroscopie à l'information et à la technologie quantiques, contribuant ainsi à la deuxième révolution quantique en cours. Cette révolution vise à manipuler des objets quantiques individuels pour diverses applications, ce qui pourrait conduire à des avancées dans la science des matériaux et les technologies quantiques.