 |
MEDAILLE D'OR
Alain Aspect. Un éclaireur dans la lumière
Mettre fin à un débat cinquantenaire entamé par Einstein, valider un phénomène clé de la théorie quantique… Le parcours d'Alain Aspect est balisé de nombreux exploits, aujourd'hui récompensés par la médaille d'or 2005 du CNRS. Retour sur l'itinéraire d'un des plus grands physiciens de notre temps.
À l'impossible je suis tenu », s'exclamait l'Orphée de Jean Cocteau. De ce cri du cœur, Alain Aspect aurait pu faire sa devise. Car à 58 ans, le médaillé d'or 2005 du CNRS a conquis de multiples Everests d'une discipline des plus obscures pour les profanes : la physique quantique. Dans son bureau de l'Institut d'optique d'Orsay, c'est pourtant avec simplicité qu'il nous ouvre les portes de son monde. « Les concepts de la physique quantique sont très choquants pour l'intuition, prévient le directeur de recherche au CNRS, membre de l'Académie des sciences et de celle des technologies. Mais rassurez-vous, on finit par s'y habituer ! » Retour sur un parcours lumineux. « Je suis une illustration du stéréotype français, celui du petit provincial qui quitte son village de Gascogne pour monter à la capitale », s'amuse Alain Aspect. Fasciné dès l'âge de dix ans par ses premiers contacts avec la science et la technologie, le jeune admirateur de Jules Verne en redemande, plus que ne peut lui offrir sa région agricole. En attendant, il démonte son vélo pour en comprendre les rouages : « J'avais parfois du mal à reconstituer ce que je désossais », avoue-t-il en riant. En ce début d'automne, le chercheur affable nous conte ses débuts, paroles ponctuées de doux sourires nostalgiques. Premiers exploits En 1965, il entame des études brillantes à l'École normale supérieure (ENS) de Cachan et à l'université d'Orsay. Après l'agrégation et une thèse en holographie 1, le jeune coopérant part enseigner la physique au Cameroun. Il s'initie alors à la physique quantique moderne, grâce au livre Mécanique quantique, de Claude Cohen-Tannoudji, Bernard Diu et Franck Laloë. Une révélation. En 1982, huit ans après son retour, il procède à des expériences devenues célèbres, qui valident le phénomène d'« intrication quantique » pour des paires de photons jumeaux (voir encadré). Dans la lancée, il parvient avec Philippe Grangier, un de ses étudiants de l'époque, à produire des photons uniques à des instants déterminés, une première mondiale… Et à mettre en évidence le principe de « dualité onde-particule pour un photon unique », qui affirme qu'un photon passe en deux endroits à la fois, même si on ne peut l'observer qu'en une seule position. Combien se seraient contentés du confort de ces succès scientifiques, qui lui vaudront notamment le prix de la Commission internationale d'optique ? Alain Aspect procède, lui, à un changement de voie plutôt inattendu. L'aventure des atomes froids En 1985, Claude Cohen-Tannoudji l'entraîne dans le domaine prometteur du refroidissement d'atomes par laser. Au Laboratoire Kastler Brossel (LKB) de l'ENS, les deux chercheurs vont développer un procédé de refroidissement dit « sub-recul ». Explications : pour refroidir des atomes au maximum, il faut réduire leur vitesse d'agitation au plus près de ce qu'on croit alors être une limite ultime : la « vitesse de recul » d'un atome quand il émet un seul photon. Mais quand il rend sa copie, Alain Aspect a allégrement franchi ce seuil supposé, et a atteint le stade du microkelvin, un millionième de degré au-dessus du zéro absolu ! Dix ans plus tard, à Stockholm, son mentor, déjà médaillé d'or du CNRS, reçoit le prix Nobel de physique. Dans la salle, Alain Aspect et ses compagnons de l'aventure des atomes froids, Jean Dalibard et Christophe Salomon, chercheurs au CNRS, sont aux anges : « nous étions les trois mousquetaires de Claude », s'amuse-t-il en lissant sa moustache digne de d'Artagnan. Mais entre-temps, notre chercheur est parti sous d'autres cieux. Ceux d'Orsay, à l'Institut d'optique, où grâce au soutien du CNRS, il a monté en 1992 un groupe d'optique atomique avec les scientifiques Nathalie Westbrook, Robin Kaiser, et Chris Westbrook. Leur but ? Utiliser le refroidissement laser pour refaire avec les atomes ce que l'on sait déjà faire en optique avec les photons. Nouveau virage En 1995, survient une révolution « comparable à l'invention du laser pour l'optique classique » : la création aux États-Unis du premier condensat de Bose-Einstein gazeux, un ensemble d'atomes ultra-froids unis dans le même état quantique 2. Bientôt, son équipe se tourne vers cet eldorado et, renforcée par Philippe Bouyer, recruté sur un poste CNRS, fait naître en 1998 un condensat de rubidium. Et ce, grâce à un électro-aimant réalisé par le laboratoire Satie (ex-Lesir) 3 « qui permet de diviser par dix la puissance électrique nécessaire, et ouvre la voie aux condensats transportables ». Se profilent alors des recherches excitantes, notamment sur les lasers à atomes que le groupe d'Orsay décrit en généralisant les méthodes inventées pour les lasers classiques. Ou encore sur les condensats miniatures, intégrés sur des puces atomiques 4 développées avec le Laboratoire de physique et nanostructures de Marcoussis. En parallèle, nos chercheurs réalisent en 2001 une première mondiale en obtenant un condensat d'atomes d'hélium métastable 5. Ces atomes, Alain Aspect et ses collègues ont appris à les détecter séparément, « une avancée qui rappelle le comptage de photons dans les années cinquante, point de départ de l'optique quantique moderne ». Et qui aboutit à un exploit plus récent : l'observation de la tendance qu'ont certains atomes, pourtant indépendants, à se faire détecter ensemble, « un phénomène de groupement découvert avec les photons en 1956 ». Une passion à partager Infatigable, l'homme aux multiples vies scientifiques a conservé sa curiosité originelle. Une preuve ? De l'observation des étoiles à la lecture des articles d'Einstein, de Schrödinger ou de Galilée, la culture scientifique est souvent au cœur de son temps libre. Un plaisir partagé avec ses amis, ses collègues et, plus surprenant, le député de sa circonscription, mais aussi les industriels – « des contacts essentiels pour faire tomber les préjugés » – et surtout… ses élèves. « Quel bonheur de préparer un cours ! lance l'heureux professeur de l'École polytechnique. On est obligé d'aller au fond des choses car, sait-on jamais, un étudiant inspiré va peut-être vous poser la question gênante. » Mais le passionné sait aussi s'adresser à un public moins averti, comme ce soir d'hiver 2004, à Gap, quand trois cents personnes motivées par l'association Quasar vinrent l'écouter alors qu'il faisait – 20 °C. « C'est notre devoir de faire circuler la culture scientifique dans la société. Ne serait-ce que parce qu'elle nous finance… » La voix se fait plus ferme pour évoquer un certain climat de rejet de la science : « Grâce à elle, je vis dans des conditions incomparablement meilleures que mon aïeul, paysan pyrénéen », affirme l'homme, lui-même sept fois grand-père. À l'origine du laser, du transistor ou encore des circuits intégrés, la physique quantique a pris part à ce progrès : selon lui, « elle est même à la base des nouvelles technologies de l'information et de la communication ». L'allusion entraîne son regard vers l'écran. « Oh quel bon choix ! » La phrase soudaine vient saluer l'information attendue : l'annonce du prix Nobel de physique 2005. Père fondateur de l'optique quantique moderne, l'américain Roy Glauber en est le lauréat, avec Jan Hall et Ted Hänsch, deux « génies des lasers », selon notre médaillé visiblement ému. Où sera-t-il dans un an ? « Il est dérisoire de vouloir planifier une vie de chercheur, conclut-il. Il y a trop de hasards, d'opportunités qu'il faut savoir saisir. Et dans mon cas, j'ai eu beaucoup de chance. » Il en faudrait aussi pour deviner les futures missions impossibles que se fixera notre homme. Aussi insaisissable que les particules lumineuses qu'il affectionne tant. Matthieu Ravaud
Dans les coulisses de la seconde révolution quantique… Réalisées en 1982 par Alain Aspect, Philippe Grangier, Gérard Roger et Jean Dalibard, les expériences d'Orsay ont validé l'une des plus étonnantes propriétés de la matière, en débat depuis presque cinquante ans : l'intrication quantique. Il existe des paires de photons dits « intriqués », unis par un lien mystérieux. En effet, quelle que soit la distance qui les sépare, en mesurant la polarisation de l'un, on peut en déduire celle de l'autre. L'explication de ce phénomène pose problème. D'une part, ces particules ne peuvent communiquer entre elles, car cela supposerait que leurs messages aillent plus vite que la lumière. D'autre part, on ne peut envisager que leur comportement soit déterminé à l'avance : « Ces photons ne sont pas comme deux jumeaux : ils n'ont pas l'équivalent d'un patrimoine génétique identique qui expliquerait leurs points communs », note le médaillé. On comprend que le sujet ait fait débat pendant un demi-siècle, jusqu'aux fameuses expériences d'Orsay. Flash-back : en 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen publient un article resté célèbre. Ils y exposent ce phénomène, et selon eux, l'absence d'explication est révélatrice d'une carence de la théorie quantique. Le physicien Niels Bohr pense au contraire que cette théorie est complète et qu'on ne trouvera jamais de variables supplémentaires permettant de prévoir, avant leur mesure, les valeurs des observables 1 quantiques des particules. Ce n'est qu'en 1964 que John Bell formalise ce débat à l'aide d'un système d'inégalités : soit celles-ci se vérifient par l'expérience et c'est Einstein qui avait raison, soit elles sont violées, et comme l'affirmait Niels Bohr, la théorie quantique est complète. Ceci étant admis, reste à réaliser les expériences. Ce à quoi vont s'atteler des chercheurs américains dès le début des années soixante-dix. Mais ils restent loin du schéma idéal sur lequel raisonnent les théoriciens, l'« expérience de pensée » chère à Einstein.Alain Aspect entre en scène en 1974. En quelques semaines, il comprend comment réaliser ce schéma, et trouve en John Bell un appui de poids. Prélude accompli avec brio : la création d'une source de photons intriqués très intense, et de polariseurs 2 « dont l'orientation était modifiée toutes les 10 nanosecondes ». L'événement a lieu à Orsay en 1982 : « Je n'avais aucune idée de ce que nous allions trouver », avoue aujourd'hui Alain Aspect. Le résultat est sans appel : les inégalités de Bell sont violées, la théorie quantique confortée. « Une paire de photons intriqués doit être considérée comme un système quantique global, inséparable, en conclut notre physicien. Les propriétés de la paire ne se résument pas à la somme des propriétés des photons. » Vingt ans après, on mesure toute la portée de ces travaux : ils ont contribué à ouvrir les vannes de la seconde révolution quantique, avec ses méthodes de cryptographie et de traitement de l'information quantiques… Alors, le médaillé connaîtrait-il quelque regret d'avoir délaissé ses premières amours ? « Au départ, les expériences sur l'intrication visaient seulement à clore un débat conceptuel, répond-il. Aurais-je quitté si facilement l'optique quantique photonique si j'avais anticipé les développements actuels ? Mais l'aventure des atomes froids était si belle… » Malice d'un sourire qui plonge le visiteur dans le doute. « Il n'y a pas de lumière sans ombre », écrivait Aragon. Une maxime qui s'applique tant à la physique quantique qu'à l'un de ses plus grands artisans. M. R. 1. Celles-ci décrivent les quantités physiques mesurables. Pour les définir, on doit préciser comment se fait l'observation. 2. Dispositifs optiques permettant de contrôler ou d'analyser la polarisation de la lumière qui les traverse.
1. Technique optique permettant d'obtenir sur un support photosensible un enregistrement de l'amplitude et de la phase d'une onde lumineuse. Elle utilise les propriétés de cohérence de la lumière issue des lasers.
2. Il détermine l'ensemble des valeurs de ses observables (quantités physiques mesurables).
3. CNRS / Cnam / ENS Cachan.
4. Composants réalisés en utilisant les technologies de la microélectronique.
5. Un élément métastable peut mettre plusieurs heures à se désexciter.
| |
Envoyer cet article à un(e) ami(e)
Imprimer cet article
Translate this article
Médecine naturelle sur Labosante.com
Le centre de protonthérapie d'Orsay
SPECIAL MITTERRAND : 
