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une_2024-04_enchevetrement-Nandi

2024-04-25T00:01:24+00:00

Un laser à électrons libres génère l’enchevêtrement quantique

A free-electron laser generates quantum entanglement

Saikat Nandi (équipe Structure & Dynamique Multi-échelle des Édifices Moléculaires), en collaboration avec des collègues de Lund, Trieste, Göteborg, Paris, Cassel et Hambourg, ont publié un article intitulé "Generation of entanglement using a short-wavelength seeded free-electron laser" dans la revue Science Advances.

Saikat Nandi (team Multiscale Structure & Dynamics of Complex Molecules) with colleagues from Lund, Trieste, Gothenburg, Paris, Kassel and Hamburg published an article entitled "Generation of entanglement using a short-wavelength seeded free-electron laser", in the journal Science Advances.

L’enchevêtrement est un phénomène purement de mécanique quantique sans équivalent en physique classique. Pour deux particules enchevêtres, la mesure de l’état quantique de l’une d’elles renseigne sur l’autre, même si elles sont séparées par une grande distance. Initialement, l’idée de l’enchevêtrement a été rejetée par Albert Einstein lui-même, la qualifiant d’action « spooky » à distance. Cependant, il s’est avéré que l’effet photoélectrique décrit par l’équation photoélectrique d’Einstein présente une opportunité unique d’étudier l’enchevêtrement quantique entre le photoélectron émis et l’ion résiduel - mesurer l'énergie cinétique du premier détermine l'état quantique exact d la dernière.
Ici, nous avons étudié l'intrication quantique entre un photoélectron et un ion hélium (He+), généré par d'intenses impulsions ultraviolets extrêmes (UVX) provenant d'un laser à électrons libres (FERMI à Trieste, Italie) avec des échelles de temps ultrarapides. La haute intensité de l’impulsion UVX nous a permis de créer un état habillé « atome + photon » pour He+, comme décrit par Claude Cohen-Tannoudji pour une interaction cohérente lumière-matière. En raison de l’enchevêtrement entre ces deux particules, l’électron situé à près de 200 nanomètres de l’ion peut savoir ce qui se passe à l’intérieur de l’ion, ce qui nous permet d’étudier la dynamique de l’état habillé. La durée de l’impulsion XUV médiatrice de l’enchevêtrement n’était que de 70 femto-secondes – cette nature ultracourte de l’impulsion nous a permis d’observer l’enchevêtrement avant qu’elle ne puisse être détruite par interaction avec l’environnement. Nos résultats ouvrent la voie à l’utilisation de l’enchevêtrement quantique pour dépasser la limite posée par la résolution instrumentale en spectroscopie photo-électronique, en utilisant des impulsions ultracourtes.

Entanglement is a purely quantum mechanical phenomenon with no counterpart in classical physics. For two entangled particles, the measurement of the quantum state of one of them provides the information about the other, even if they are separated by a large distance. Initially, the idea of entanglement was dismissed by Albert Einstein himself as the ‘spooky’ action-at-a-distance. However, as it turned out the photoelectric effect described by Einstein’s photoelectric equation, presents a unique opportunity to study the quantum entanglement between the emitted photoelectron and the residual ion – measurement of the kinetic energy of the former determines the exact quantum state of the later.
Here, we studied quantum entanglement between a photoelectron and a helium ion (He+), generated by intense extreme ultraviolet (XUV) pulses from a free-electron laser (FERMI in Trieste, Italy) at ultrafast timescales. The high intensity of the XUV pulse allowed us to create an ‘atom + photon’ dressed-state for He+, as described by Claude Cohen-Tannoudji for coherent light-matter interaction. Because of the entanglement between these two particles, the electron that is almost 200 nanometer away from the ion can know what is happening in the ion, allowing us to probe the dynamics of the dressed-state. The duration of the XUV-pulse mediating the entanglement was only 70 femtoseconds – this ultrashort nature of the pulse enabled us to observe the entanglement before it can be destroyed via interaction with the surrounding environment. Our results pave the way to employ quantum entanglement to surpass the limit posed by instrumental resolution in photoelectron spectroscopy, using ultrashort pulses.

une_2024-04_shrink-Monnier

2024-04-15T00:01:06+00:00

Chéri, j’ai rétréci les cellules ! Les cellules confinées rapetissent

Honey, I shrunk the cells! Squeezed cells get smaller

Malèke Mouelhi, Alexis Saffon, Morgane Roinard, Hélène Denaloë-Ayari, Sylvain Monnier et Charlotte Rivière (équipe Biophysique) ont récemment publié un article dans le journal eLife intitulé "Mitosis sets nuclear homeostasis of cancer cells under confinement".

Malèke Mouelhi, Alexis Saffon, Morgane Roinard, Hélène Denaloë-Ayari, Sylvain Monnier and Charlotte Rivière (Biophysics team) just published a new study in the journal eLife entitled "Mitosis sets nuclear homeostasis of cancer cells under confinement".

Au cours de leur vie, les cellules animales sont soumises à de nombreuses contraintes mécaniques, notamment dans des contextes cancéreux. Dans cette étude, les auteurs ont découvert que les cellules cancéreuses peuvent s'adapter à un confinement spatial en ajustant leur volume et en relaxant les contraintes appliquées à leur noyau. Ils ont montré que cette adaptation se produit après la mitose : les cellules qui naissent dans une situation confinée sont plus petites. Cette recherche approfondit non seulement notre compréhension de la biologie des cellules cancéreuses, mais elle offre également des perspectives pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques

During their lifespan in the body, animal cells are subjected to numerous mechanical stresses, especially in cancerous contexts. In this study, the authors showed that cancer cells can adapt to spatial confinement by adjusting their volume and relaxing the stresses applied to their nucleus. They uncovered that this nuclear adaptation occurs after mitosis: cells that are “born” under a confined situation are smaller. This groundbreaking research not only deepens our understanding of cancer cell biology but also holds promise for the development of novel therapeutic strategies.

une_2024-04_challenges-Lepine

2024-04-09T00:01:19+00:00

Enjeux de la physique pour 2050

Grand challenges in physics for 2050

Franck Lépine (équipe DYNAMO) a contribué au livre intitulé "Grand Challenges Physics for Society in the Horizon 2050", publié en mars 2024 par la Société européenne de physique (EPS).

Franck Lépine (DYNAMO team) contributed to the book entitled "Grand Challenges Physics for Society in the Horizon 2050", published in March 2024 by the European Physical Society (EPS).

Ce livre est une action de l'EPS dont le but est d’aborder la dimension sociale de la science ainsi que les grands défis de la physique à l'horizon 2050, qui apporteront un changement radical aux sociétés industrialisées, élèveront le niveau de vie à l'échelle mondiale et fourniront une compréhension fondamentale de la nature. Le livre rassemble une centaine de scientifiques du monde entier qui examinent les domaines les plus brûlants de la physique actuelle, depuis les particules, en passant par les atomes, les cellules, les étoiles, les galaxies, notre place dans l'univers, pour explorer notre capacité à imaginer et façonner l’avenir en utilisant la méthode scientifique.

Le chercheur de l’iLM a notamment contribué au chapitre « onde et matière » qui traite de la révolution que constitue la physique ultrarapide et les impulsions de lumière extrême, de la physique attoseconde aux lasers à électrons libres.

This book is an action of the EPS whose aim is to address the social dimension of science as well as the great challenges of physics in the horizon 2050, which will bring a radical change to industrialized societies, raise the standard of living on a global scale and will provide a fundamental understanding of nature. The book brings together a hundred scientists from all around the world who examine the hottest areas of modern physics, from particles, to atoms, to cells, to stars, to galaxies, to our place in the universe, to explore our ability to imagine and shape the future using the scientific method.
The iLM researcher contributed to the chapter “wave and matter” which deals with the revolution constituted by ultrafast physics and pulses of extreme light, from attosecond physics to free electron lasers.

une_2024-04_attoseconde-Loriot

2024-04-04T00:01:47+00:00

Délais d’ionisation attoseconde de molécules 2D

Attosecond ionization time-delays in 2D molecules

Vincent Loriot, Alexie Boyer, Saikat Nandi, Alexandre Marciniak, Clara Garcia, Yaowei Hu, et Franck Lépine (équipe Dynamo), en collaboration avec des collègues de Madrid et Trieste ont publié un article intitulé "Attosecond metrology of two-dimensional charge distribution in molecules" dans la revue Nature Physics. Cet article a fait l’objet d’une communication de CNRS Physique.

Vincent Loriot, Alexie Boyer, Saikat Nandi, Alexandre Marciniak, Clara Garcia, Yaowei Hu, and Franck Lépine (Dynamo team), with colleagues from Madrid and Trieste published an article entitled "Attosecond metrology of the two-dimensional charge distribution in molecules" in the journal Nature Physics. This publication has been the subject of a CNRS Physique communication.

La photo-ionisation est l’un des phénomènes les plus fondamentaux en physique. Suite à l’absorption d’un photon ayant une énergie au-delà du potentiel d’ionisation, un électron peut être libéré de la molécule. Cependant, l’électron interagit avec l’ion parent lors de son excursion de sortie. Cette interaction mène à une dynamique qui peut être interprétée comme un retard à la photoionisation de typiquement quelques dizaines d’attosecondes (1as = 10^-18 s). Lorsque la taille de la molécule ionisée augmente, on peut s’attendre à ce que cette interaction soit plus longue, et donc que le retard à la photoionisation soit plus grand.
Les auteurs ont montré que cette vision intuitive n’est plus valide dans le cas des molécules planaires i.e. de deux dimensions (2D). Des retards systématiques de temps de photoionisation ont été trouvés expérimentalement en comparant des molécules 2D (naphthalène, pyrene et fluorene) à une molécule 3D de composition et de taille similaire (adamantane). Un modèle analytique se basant sur les premiers ordres du développement du potentiel moléculaire permet de comprendre le rôle dominant du terme quadripolaire dans cette dynamique d’ionisation. Les simulations numériques SE-DFT réalisées par nos collaborateurs sont en accord avec les mesures expérimentales et le modèle. Cette article montre que la métrologie de attoseconde permet alors d’accéder à l’image de la lacune électronique aux premiers instants de la photoionisation moléculaire.

Photo-ionization is one of the most fundamental phenomena in physics. Following the absorption of a photon having an energy beyond the ionization potential, an electron can be released from the molecule. However, the electron interacts with the parent ion during its exit excursion. This interaction leads to dynamics which can be interpreted as a delay in photoionization of typically a few tens of attoseconds (1 as = 10^-18 s). When the size of the ionized molecule increases, we can expect this interaction to be longer, and therefore the delay in photoionization to be greater.
The authors showed that this intuitive vision is no longer valid in the case of planar molecules, i.e. two-dimensional (2D). Systematic photoionization time delays were found experimentally by comparing 2D molecules (naphthalene, pyrene, and fluorene) to a 3D molecule of similar composition and size (adamantane). An analytical model based on the first orders of the development of the molecular potential allowed to understand the dominant role of the quadrupole term in this ionization dynamic. SE-DFT numerical simulations carried out by our collaborators are in agreement with the experimental measurements and the model. This article shows that attosecond metrology then allows access to the image of the hole at the first instant of molecular photoionization.