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Dossier : Rayonnement synchrotron - de Frascati à Soleil (1963-2013)

Apports historiques du rayonnement synchrotron

Chapitre I - Physique atomique et moléculaire
Atomic and moleculary physics
Sydney Leach
p. 50-51

Résumés

Historique de l’avènement et de l’utilisation du rayonnement synchrotron en France par des spécialistes de la spectroscopie atomique et moléculaire.

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Texte intégral

1La première application du rayonnement synchrotron à la spectroscopie atomique date du début des années soixante quand Madden et Codling, utilisant l’anneau Surf (180 MeV) au National Bureau of Standards aux États-Unis ont étudié l’absorption VUV de gaz rares. Le spectre d’absorption de He dans la région de 20 nm a montré l’existence d’une série d’états autoionisants [1]. Ceci a ouvert un vaste domaine de recherches expérimentales et théoriques car il s’agit d’un cas simple d’interactions corrélées entre deux électrons excités. C’est ainsi que la communauté des spectroscopistes a été alertée par l’intérêt du rayonnement synchrotron. Les spécialistes de la spectroscopie moléculaire n’étaient pas loin derrière. La brillance, la résolution en énergie possible, la possibilité de couvrir, de façon contrôlée, une large gamme spectrale, la polarisation et la structure temporelle du rayonnement synchrotron ont vite séduit les chercheurs. Mais comment profiter de cette aubaine en France ?

2 Au début des années soixante-dix, Paul-Marie-Guyon, en post-doctorat aux États Unis, était au courant de l’activité scientifique autour du rayonnement synchrotron à Madison dans le Wisconsin. Il nous en a fait part lors d’une visite à Orsay où se trouvait l’anneau de stockage d’électrons ACO (800 MeV) utilisé alors pour des expériences de collision à haute énergie. Nous avons vite constitué une « bande de braves » intéressés par la possibilité d’utiliser cette source de rayonnement synchrotron, rayonnement qui était simplement du « frottement inutile » pour les physiciens de haute énergie. Quels étaient, en plus de moi-même, les membres de la bande ? Il s’agissait de :

  • Ricardo Lopez-Delgado, brillant chercheur de mon laboratoire ;

  • Catherine Vermeil, qui se spécialisait dans la photochimie VUV ;

  • Jean Durup, maître des ions moléculaires et de beaucoup d’autres domaines ;

  • Pierre Jaeglé et Pierre Dhez, qui avaient déjà fait des expériences synchrotron au cyclotron de Frascati ;

  • Yves Farge, physicien du solide et futur directeur du Lure, le laboratoire de rayonnement synchrotron auquel nous aspirions ;

  • Paul-Marie Guyon et François Wuilleumier, tous deux excellents scientifiques de retour de leurs séjours post-doctoraux aux État-Unis.

3 Le premier objectif était de persuader les physiciens des hautes énergies que ce serait une très bonne initiative que de trouer leurs électro-aimants à des endroits convenables dans l’anneau afin de laisser sortir le précieux rayonnement synchrotron pour notre utilisation. Quatre d’entre nous ont rencontré le directeur du Laboratoire de l'accélérateur linéaire d'Orsay (LAL), le grand physicien des hautes énergies André Lagarrigue, pour lui expliquer pourquoi il fallait pratiquer de tels orifices dans les électro-aimants d’ACO. Il a reçu aimablement notre délégation, mais a pris beaucoup de précautions face à cette bande de sauvages illuminés. « Quelles expériences voulez-vous faire avec le rayonnement synchrotron ? » demanda-t-il. J’ai répondu en lui détaillant toutes les recherches possibles qui relevaient de la spectroscopie et de la photophysique de la molécule d’hydrogène, H2, prenant pour preuve les expériences sur H2 que nous avions déjà initiées dans mon Laboratoire de photophysique moléculaire à Orsay à l’aide d’une source VUV à décharge, source bien inférieure en qualité au rayonnement synchrotron. André Lagarrigue m’a écouté avec beaucoup d’intérêt, puis a répondu, en grand physicien des hautes énergies qu’il était : « Mais après avoir étudié l’hydrogène il n’y a plus rien d’autre à faire ! ». Il était donc très peu attiré par notre désir de trouer ses électro-aimants ! Cependant, tout n’était pas perdu car, en 1972, pour justifier une relance du financement d’ACO, le développement du rayonnement synchrotron a été inclus dans le programme des activités futures de l’anneau de stockage.

4 Dès que nous avons eu accès au rayonnement synchrotron d’ACO, et grâce à la création du Lure, Laboratoire pour l’utilisation du rayonnement électromagnétique, les observations de physique atomique ont porté sur l’étude de résonnances dans les spectres continus d’atomes, ainsi que sur celle des produits issus des processus de photoionisation, afin de mieux cerner les effets de corrélation électronique. Les études en physique atomique se sont étendues à la physique moléculaire pour laquelle le rayonnement synchrotron, source de photons, a permis des recherches nouvelles sur l’excitation photonique suivie de phénomènes de relaxation énergétique : processus et dynamique de photoionisation, spectroscopie photoélectronique d’électrons de valence et de couches internes, photoabsorption, photofluorescence, photofragmentation, photoionisation dissociative, ionisation multiple. Des molécules de plus en plus complexes ont été étudiées. L’introduction de techniques de détection en coïncidence entre photons, ions, électrons, et même molécules neutres a révolutionné les domaines de la physique atomique et moléculaire et a étendu la nature des expériences réalisables, expériences dont nous osions à peine rêver au début de l’ère du rayonnement synchrotron [2]. Les études théoriques en physique atomique et moléculaire ont également été rapidement stimulées par les résultats des expériences utilisant le rayonnement synchrotron, par exemple par l’introduction et le développement de modèles permettant d’interpréter les phénomènes de pré-ionisation, de pré-dissociation, de photo-fragmentation de molécules polyatomiques et divers aspects des transitions non-radiatives.

5 Ici se termine la partie ancienne de l’histoire brève des apports historiques du rayonnement synchrotron à la physique atomique et moléculaire, mais il convient de se rappeler les paroles sages de Théophraste Renaudot : « L’Histoire est le récit des choses advenues, la Gazette seulement le bruit qui court » [3]. Ici, s’agit-t-il d’Histoire ou de Gazette ?

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Bibliographie

[1] R.P.Madden, K.Codling, « New Autoionizing Atomic Energy Levels in He, Ne, and Ar »,

Phys.Rev.Lett., 10, 1963, p.516-518

[2] J.Jortner, S.Leach (Eds.), Workshop Proceedings « Perspectives of Synchrotron Radiation Applications to Molecular Dynamics and Photochemistry », J.Chimie physique, 77, 1980, p.1-57.

[3] Th.Renaudot, « Relation des nouvelles du monde reçues tout le mois de mars 1632 », Recueil des Gazettes Nouvelles, 1632, p.117.

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Pour citer cet article

Référence papier

Sydney Leach, « Apports historiques du rayonnement synchrotron », Histoire de la recherche contemporaine, Tome III - N°1 | -1, 50-51.

Référence électronique

Sydney Leach, « Apports historiques du rayonnement synchrotron », Histoire de la recherche contemporaine [En ligne], Tome III - N°1 | 2014, mis en ligne le 15 juin 2016, consulté le 19 octobre 2017. URL : http://hrc.revues.org/525

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Auteur

Sydney Leach

LERMA, Observatoire de Paris-Meudon

Au CNRS depuis 1946, directeur de recherche émérite, Sydney Leach a créé et dirigé le Laboratoire de photophysique moléculaire du CNRS à Orsay. Visiteur de longue durée à l’observatoire de Meudon, il travaille sur l’astrophysique moléculaire et l’exobiologie. Fellow of the Royal Society.

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Droits d’auteur

© Comité pour l’histoire du CNRS

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