Alfred Kastler, prix Nobel de physique 1966

Contexte historique

En 1975, Alfred Kastler est un homme âgé de 73 ans, qui s'est retiré de la recherche scientifique. Sa carrière fut couronnée en 1966 par le prix Nobel de physique pour la " découverte et le développement de méthodes optiques pour étudier les résonances hertzienne dans les atomes ". Elle est à la fois représentative de la reconstruction de la recherche après-guerre et d'un important courant de recherche en physique optique. La recherche qu'a menée Alfred Kastler a commencé avant-guerre. Elève de l'Ecole Normale Supérieure, il y a été initié très tôt à la théorie quantique, à une date où elle n'était quasiment pas enseignée. Après quelques années comme professeur de physique au lycée, Alfred Kastler bénéficie des premières bourses de recherche décernées par le gouvernement au début des années 1930. Il soutient une thèse en 1936 en utilisant les méthodes optiques appliquées à la physique de l'atome. Après la guerre, qui ampute le pays d'une partie de ses savants, Kastler encourage ses étudiants à aller se former aux Etats-Unis, où les exigences de l'armée ont conduit à des avancées spectaculaires dans certains domaines, comme celui de la spectroscopie hertzienne. (Voir Le maser à ammoniac au Laboratoire de l'horloge atomique) C'est le cas de Jean Brossel qui passe plusieurs années au Massachussets Institute of Technology (MIT) de Boston. Au retour de Jean Brossel, ils créent un laboratoire associé au CNRS, le Laboratoire de spectroscopie hertzienne de l'Ecole Normale Supérieure.

De façon à déterminer les propriétés magnétiques des atomes, Brossel et Kastler ont utilisé la spectroscopie : l'idée consistait à utiliser la polarisation de la lumière de résonance optique. " L'excitation résonante de l'atome avec une lumière convenablement polarisée permet en effet de porter ce dernier dans un sous-niveau d'énergie bien défini de l'état excité. Sous l'effet d'un champ de radiofréquence résonant, l'atome est porté dans un autre sous-niveau excité à partir duquel il retombe dans l'état fondamental en émettant une lumière de polarisation différente. La résonance magnétique dans l'état excité peut être ainsi détectée par un changement de polarisation de la lumière émise, ce qui ne nécessite plus des mesures de fréquences optiques avec des résolutions élevées. Ils publièrent ensemble, en 1949, une note aux Comptes Rendus de l'Académie des sciences exposant le principe de cette méthode, dite de " double résonance ". (C. Cohen-Tannoudji).

Pendant que Jean Brossel effectuait ses travaux expérimentaux au MIT sur la méthode de double résonance, Alfred Kastler avait continué à réfléchir à Paris sur l'excitation optique des atomes avec de la lumière polarisée et il était arrivé à la conclusion que l'absorption de photons polarisés par l'atome suivie d'émission spontanée de photons devait permettre de produire des taux de polarisation appréciables dans l'état fondamental des atomes. On peut dire en quelque sorte que les photons polarisés transportent du moment cinétique et que ce moment cinétique est transféré aux atomes lorsqu'ils absorbent ces photons. Une autre image qu'on peut donner de cet effet est celle d'une pompe ôtant les atomes d'un sous-niveau Zeeman de l'état fondamental pour les transférer dans un autre, d'où le nom de "pompage optique" donné à un tel phénomène ".

L'école de physique optique initiée par Kastler s'est illustrée par des recherches actives et récompensées par un autre prix Nobel en 1997, attribué à Claude Cohen-Tannoudji. Ce dernier a ainsi utilisé la lumière pour refroidir les atomes, de façon à pouvoir mieux les étudier. Au cours des années 1960, l'importance croissante des recherches scientifiques, ainsi que la massification de l'enseignement supérieur conduisent à la construction d'une nouvelle faculté des sciences. La construction démarre en 1964 et est interrompue en 1971. La nouvelle faculté, qui, selon son architecte Albert, devait se distinguer par " sa légèreté et sa fluidité ", devient alors un centre scientifique extrêmement réputé. Construit rapidement, floqué à l'amiante, l'université de Jussieu fait aujourd'hui l'objet d'une profonde restauration.

Bibliographie :

Sur le site de l'Académie des Sciences, le discours prononcé en séance publique le 25 mai 2004 par Claude Cohen-Tannoudji en hommage à Jean Brossel.

Éclairage média

Le document s'inscrit dans une série de portraits des " prix Nobel " en 1975 produit par France 3. C'est l'occasion d'évoquer à la fois les réussites scientifiques du prix Nobel, dont le documentaire utilise des images d'archives, mais aussi l'intimité de l'homme ou de la femme récompensé - ici absentes de l'extrait. Le journaliste, Jean-Claude Bringuier, choisit d'aborder ce portrait du physicien Alfred Kastler par des images de son lieu de travail : la laboratoire de spectroscopie hertzienne à l'Ecole Normale Supérieure et la nouvelle Faculté des sciences de Jussieu, dont le point de vue permet d'opposer des images de Notre-Dame à celles des bureaux de la Faculté, illustrant l'opposition de la " vieille " Ecole Normale Supérieure et la " jeune Faculté ". Là, sont filmées des expériences utilisant les rayons laser. Les faisceaux verts, étranges et presque magiques, illustrent le travail du savant qui a étudié " l'interaction de la lumière et de la matière ". L'expérience est commentée grâce à une animation très réduite, présentant le phénomène de " double résonance " étudié par Kastler et Brossel.