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Posté par Redbran le Samedi 28/04/2018 à 12:00
Le laser à rayons gamma se rapproche de la réalité
Cité parmi les 30 problèmes les plus importants en physique, le laser à rayons gamma semble désormais plus plausible grâce aux nouvelles technologies introduites par un projet financé par l'UE.


©projet GAMMALAS

La mise au point (Graphie) d'un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light...) à rayons gamma représente un très ancien défi pour les scientifiques. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) comme le laser ordinaire produit des rayons cohérents de lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.), cet appareil tant discuté, mais non encore réalisé, produit des rayons gamma cohérents, annonçant une nouvelle génération de technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) pour la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) et l'industrie.

Jusqu'à aujourd'hui, la production de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d'un point de...) gamma cohérents était empêchée par des mécanismes fondamentaux ou des limitations technologiques. Dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...) GAMMALAS (Towards gamma-ray lasers via super-radiance in a Bose-Einstein condensate of 135mCs isomers), une équipe de chercheurs a conçu une proposition pour produire des photons gamma cohérents qui résolvent certains des problèmes les plus complexes.

Un processus de "refroidissement" pour l'émission de rayons gamma

La nouvelle proposition de GAMMALAS pour un tel dispositif est réalisable avec la technologie actuelle. "L'approche repose sur le refroidissement laser et le piégeage magnéto-optique des noyaux de césium (Le césium est un élément chimique de symbole Cs et de numéro atomique 55.). Contrairement à d'autres candidats possibles, le césium est bien adapté à la technique proposée", explique le professeur Ferruccio Renzoni.

"L'idée était de produire un condensat de Bose-Einstein (Un condensat de Bose-Einstein est un état de la matière formé de bosons à une température suffisamment basse, caractérisé par une fraction macroscopique d'atomes dans l'état...) d'isomères de césium après les avoir refroidis jusqu'à 100 nanokelvins. À de telles températures extrêmement basses, les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant...) dont les noyaux sont excités commencent à montrer des propriétés purement quantiques, en particulier la cohérence spatiale", ajoute le professeur Renzoni. "Dans cet état, les noyaux excités émettent leur énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) simultanément, déclenchant une puissante explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette...) de rayons gamma cohérents." L'approche de l'équipe résout trois problèmes majeurs: l'accumulation d'un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de noyaux isomères, le rétrécissement de la ligne d'émission du faisceau laser et le dépassement (Un dépassement est le fait de rouler pendant un instant, en général relativement court, à côté d’un autre véhicule à une vitesse supérieure à la...) des limites théoriques de la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure...) de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) des photons.

Au Laboratoire d'accélérateur de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Jyväskylä en Finlande, GAMMALAS a également construit une installation expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan culturel et politique. En science, il s'agit d'approches de...) pour le refroidissement par laser des isotopes de césium radioactif et pour la production de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) gamma cohérent. Là, un accélérateur de particules (Les accélérateurs de particules sont des instruments qui utilisent des champs électriques et/ou magnétiques pour amener des particules...) à cyclotron (Le cyclotron est un type d’accélérateur circulaire inventé par Ernest Orlando Lawrence en 1931. Dans un cyclotron, les particules placées dans un champ magnétique suivent une trajectoire en...) produit des noyaux de césium instables. Le césium est ensuite neutralisé en ajoutant un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.) externe par une implantation (Le mot implantation peut avoir plusieurs significations :) de feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges des plantes au niveau des nœuds. À l'aisselle de la feuille se trouve un...) fine. Le nouveau système laser piège et refroidit le césium-135 et d'autres isotopes désirés jusqu'à environ 150 microkelvins. Si tout se passe comme prévu, le premier test de piégeage au césium-135 est prévu pour la fin du printemps (Le printemps (du latin primus, premier, et tempus, temps, cette saison marquant autrefois le début de l'année) est l'une des quatre saisons des zones tempérées, précédant l'été et...) 2018.

La lumière ultime

La possibilité de produire des photons gamma cohérents permettra aux scientifiques d'étudier plusieurs jalons en physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) et en science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on...) en général. Sans aucun doute, les avantages d'une technologie tellement révolutionnaire seront spectaculaires. "Les découvertes de GAMMALAS ouvriront la voie à d'autres recherches sur la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) ultra-froide, une fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de...) entre la physique atomique et la physique nucléaire (La physique nucléaire est la description et l'étude du principal constituant de l'atome : le noyau atomique. On peut distinguer :). En outre, l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) des rayons gamma cohérents permettra une spectroscopie gamma haute résolution et facilitera le traçage d'isotopes dangereux, explosifs ou radioactifs", conclut le professeur Renzoni.

Le rayonnement gamma cohérent pourrait également ouvrir plusieurs applications utiles dans la vie (La vie est le nom donné :) quotidienne. Par exemple, il permettra une imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit...) ultra-précise qui aura un impact considérable sur notre approche de la gestion de la radiothérapie (La radiothérapie est une méthode de traitement locorégional des cancers, utilisant des radiations pour détruire les cellules cancéreuses en bloquant leur capacité à se multiplier. L'irradiation...) stéréotaxique pour traiter plus efficacement les tumeurs cérébrales. Le secteur de l'énergie peut également bénéficier de photons gamma cohérents à la demande. Le stockage et la récupération d'énergie à partir de noyaux isomères pourraient révolutionner la technologie des batteries, car la densité énergétique peut augmenter de plusieurs ordres de grandeur.

Pour plus d'information voir: GAMMALAS Website

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