Le L.A.S.E.R., pour Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplification de la lumière par émission stimulée de radiation), a 60 ans. Il se base notamment sur la théorie des quanta d’énergie de Max Planck (prix Nobel de Physique en 1918) qui a servi de pont entre la physique classique et la physique quantique ; l’effet photoélectrique, qui propose que la lumière -comme l’énergie- soit constituée de particules discrètes appelées aujourd’hui photons ; et l’émission stimulée (décrits par Albert Einstein en 1905 et 1917 respectivement, l’effet photoélectrique a valu à Albert Einstein le prix Nobel de Physique en 1921).
Cette date de 1960 coïncide avec la date de dépôt du brevet (US Patent 2.929.922) correspondant par les Bell Telephone Laboratories (basés alors dans l’état de New York et du New Jersey), et découlant des travaux de Charles Townes de la Columbia University (New York) et du chercheur Arthur Schawlow des laboratoires Bell. Elle coïncide également avec une lettre, décrivant le premier L.A.S.E.R. à rubis de faible puissance alors surnommé « une solution à la recherche d’un problème », et publiée dans le journal Nature avec le titre « Stimulated Optical Radiation in Ruby » par Theodore Maiman, un chercheur du Hughes Research Labs (Malibu, Californie) en 1960.
Theodore Maiman, physicien au Hughes Research Laboratories à Malibu (Californie) en 1960
En passant d’objet d’étude scientifique à instrument scientifique, le L.A.S.E.R. devenu LASER a également contribué à la découverte de nouveaux phénomènes physiques, en permettant de piéger et de refroidir les atomes jusqu’à un niveau proche du zéro absolu. Ces techniques ont conduit à la réalisation expérimentale de nouveaux états de la matière tels que le condensat de Bose-Einstein (la notion décrit un état de la matière par lequel des atomes sont refroidis à une température suffisamment basse (proche du zéro absolu) pour qu’ils se trouvent dans un état énergétique minimum. Le condensat ainsi créé possède des propriétés physiques particulières et inédites. Ce phénomène fut mis à l’honneur par le Prix Nobel de physique de 2001) ou le contrôle des états quantiques des atomes et des molécules. Les lasers ont également permis d’étudier des phénomènes de mécanique quantique tels que l’intrication (l’intrication quantique (ou Quantum entanglement) est un phénomène selon lequel les propriétés quantiques de plusieurs particules (comme par exemple des photons, particules vectrices de la lumière) sont liées de manière intrinsèque, et ce, malgré la distanciation spatiale qui existe entre elles) et ont joué un rôle clef dans la détection des ondes gravitationnelles à l’aide d’interféromètres laser, à l’instar des deux installations du LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), respectivement situées à Livingstone en Louisiane et au complexe nucléaire de Hanford dans l’État de Washington.
De fait, de nombreux prix Nobel de physique ont été décernés pour des recherches effectuées sur et grâce à des lasers. L’apparition de nouveaux mécanismes de création de lasers a permis de transformer les lasers en des outils pour la recherche en sciences physiques (par exemple en métrologie, spectroscopie et astronomie) mais aussi en médecine (pour la chirurgie et la thérapie en ophtalmologie, dermatologie, gastroentérologie, pneumologie, etc.), biologie et biochimie (microscopie confocale, spectrophotomètres, tests à haut débit, diffusion de la lumière dynamique, multi-angles, etc.), nanotechnologies (par exemple : les pinces optiques) ou encore dans l’industrie au cours de la seconde moitié du XXe siècle (le marché des lasers est actuellement estimé à environ 13 milliards de dollars).
L’acronyme (devenu simplement le « laser ») et l’instrument sont entrés dans l’usage quotidien, qu’il s’agisse transporter de l’information via les fibres optiques pour internet, de fabriquer les puces des ordinateurs et des smartphones, d’imprimer, de pointer un détail sur un écran lors une présentation orale, de scanner des produits, ou pour la navigation des véhicules autonomes.
La Journée internationale de la lumière a été conçue par l’UNESCO pour célébrer lors du jour anniversaire de la première démonstration expérimentale du laser (le 16 mai), le rôle de la lumière dans la science, la culture et l’art, l’éducation et le développement durable, et dans des domaines aussi divers que la médecine, les communications et l’énergie.
Rédacteur :
Renaud Seigneuric, Attaché pour la Science et la Technologie, [email protected]
