Ashkin

Cette année, le prix de Nobel de physique a récompensé trois chercheurs pour leurs travaux novateurs liés à la physique des lasers. Arthur Ashkin (Américain) pour l'invention de la pince optique et ses applications en biologie ainsi que Gérard Mourou (Français) et Donna Strickland  (Canadienne) pour la mise au point de l'amplification à dérive de fréquence (CPA en anglais pour Chirped Pulse Amplification) permettant d'amplifier des pulses lasers de très courtes durées et menant ainsi à la création des lasers femtosecondes. J'espère que vous ne serez pas déçus à la lecture de cette phrase, mais je ne traiterai pas ici des travaux de notre compatriote Mr Mourou et de sa collègue Mme Strickland pour deux raisons. Premièrement, vous trouverez des biographies (surtout de Mr. Mourou) et descriptifs plus ou moins exhaustifs de leurs travaux dans à peu près n'importe quel média national qui ont tous fait leur une sur ces récipiendaires du Nobel 2018 (fierté nationale oblige). Deuxièmement, je ne suis pas un expert en laser et les travaux pionner sur la pression de radiation lumineuse de Mr. Ashkin me touchent plus directement dans mes travaux de recherche.   

Ashkin est né en 1922 à New York et a donc reçu le prix Nobel à 96 ans. Ce qui fait de lui le plus âgé récipiendaire du Nobel à ce jour. Il commence sa carrière en tant que technicien pour l'armée durant la seconde guerre mondiale. Il travaille principalement sur la construction de magnétrons, appareils permettant la création de radars. Suite à cela il intègre la prestigieuse université de Cornell (université qui a vu sortir de ses rangs, entre autres, 50 prix Nobels) où il étudie la physique nucléaire. Cependant il ne travaillera jamais dans ce domaine du fait de la trop grande notoriété de son frère aîné dans ce domaine (qui a d'ailleurs travaillé avec Feynman et Bethe sur le projet Manhattan). Ainsi, après son doctorat, Ashkin rejoint le Bell Labs en 1952 où il étudie les micro-ondes. Aujourd'hui fermés, ces laboratoires sont connus pour avoir hébergé neuf prix Nobels et vu naître un grand nombre de technologies comme les lasers, les transistors... 

Après quelques années passées au Bell Labs, sa curiosité se tourne vers d'autres domaines en vogue à l'époque et il s'attaque alors en 1961 à l'étude (entre autres) des lasers et des propriétés non-linéaires des fibres optiques. Cependant, sa renommée vient d'une idée qui semble aujourd'hui évidente pour bon nombre de physiciens. Le fait qu'il serait possible d'exercer une force mécanique avec la lumière ! En 1967, il réussit pour la première fois à pousser de petites billes de latex (micrométriques) immergées dans l'eau. Il découvre par la même occasion que les billes sur les bords du faisceau sont attirées vers le centre de celui-ci, c'est ce qu'on appelle aujourd'hui des forces de gradient. Un article sera dédié à l'étude de ces forces en 1986 et compte aujourd'hui plus de 4400 citations [Ashkin et al., 1986] ! Mais sa plus célèbre publication, parue en 1970, qu'il cite lui même dans une interview pour le comité Nobel comme : "[...] the most famous paper I ever wrote", traite du piégeage de ces mêmes billes en utilisant deux faisceaux laser contra-propageant focalisés sur celles-ci [Ashkin, 1970]. Dès cette date, il rêve déjà de pouvoir appliquer ces découvertes au piégeage d'atomes. C'est en 1984, qu'Ashkin, son collègue Steve Chu et d'autres collaborateurs parviendront à piéger des atomes (refroidi) avec une pince optique ! Ils publieront leurs travaux dans Physical Review Letters en 1986 [Chu et al., 1986].

Alors que Chu continu ses travaux sur les atomes froids et obtiendra pour ces derniers le prix Nobel de physique en 1997 avec W. D. Phillips et C. Cohen-Tannoudji, Ashkin se met en tête de piéger des organismes vivants avec ses pinces optiques. Il parvient ainsi en 1987 à piéger des virus et des bactéries avec un laser argon [Ashkin and Dziedzic, 1973]. Ces travaux ont conduit au développement de la recherche en biophysique permettant la manipulation de systèmes biologiques microscopiques. Ces phénomènes sont encore largement étudiés et utilisés aujourd'hui, notamment dans mes recherches pour lesquelles nous utilisons la pression de radiation lumineuse pour déformer et manipuler des interfaces fluides [Ashkin and Dziedzic, 1973] ou des objets biologiques comme des globules rouges. 

Ashkin a pris sa retraite des Bell Labs en 1992 mais continue de pratiquer ce qu'il appelle lui même son "hobby" chez lui ou il travaille maintenant sur l'énergie solaire. 

Si Ashkin est sans aucun doute un grand physicien (récompensé de nombreux prix au cours de sa carrière), c'est selon moi, sa curiosité démesurée et sa passion pour la physique qui ont fait de lui un précurseur dans de nombreux domaines de la physique. 

Références

[Ashkin, 1970] Ashkin, A. (1970). Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure.

Lett. , 24(4) :156-159.

[Ashkin and Dziedzic, 1973] Ashkin, A. and Dziedzic, J. M. (1973). Radiation Pressure on a Free Liquid Surface. Phys. Rev. Lett. , 30(4).

[Ashkin and Dziedzic, 1987] Ashkin, A. and Dziedzic, J. M. (1987). Optical trapping and manipulation of viruses and bacteria. Science , 235(4795) :1517-1520.

[Chu et al., 1986] Chu, S., Bjorkholm, J. E., Ashkin, A., and Cable, A. (1986). Experimental Observation of Optically Trapped Atoms. Phys. Rev. Lett. , 57(3) :314-317.

 Hugo Chesneau

Mise à jour le 25/03/2019

Auteur :

Hugo CHESNEAU, Doctorant au LOMA