Que la lumière soit !

Après son diplôme d’Oberlin, une thèse de doctorat sur la photosynthèse artificielle à l’université Pierre-et-Marie-Curie (Paris) et un post-doctorat au Notre Dame Radiation Laboratory (Indiana), sa carrière le mène à l’université Tsukuba, au Japon, où il est rapidement recruté par la société privée NEC qui cherche alors de jeunes talents pour son laboratoire de recherche fondamentale. « Les conditions de travail étaient extraordinaires, se souvient Thomas Ebbesen, le visage constamment animé d’un sourire. Nous jouissions chez NEC des gros moyens financiers du privé, mais avions une grande liberté, comme si nous étions dans un institut public. Nous pouvions y mener absolument toutes les recherches que nous souhaitions. »

Un jour de 1989, il tombe sur un article du physicien Serge Haroche (Prix Nobel 2012) décrivant l’électro-dynamique quantique en cavité.

Puisqu’il est « curieux comme un enfant », comme nous a confié son épouse, il décide de mener lui-même une expérience sur le sujet et demande à un collègue de lui confectionner des nano-éprouvettes. Comprenez : une microscopique plaque de métal percée d’un réseau de trous de chacun 300 nanomètres de diamètre espacés régulièrement, le tout assemblé sur une plaque de verre.

Surprise immédiate : la lumière traverse le dispositif. Comment est-ce possible ?

Les trous sont en effet plus petits que la longueur d’onde de la lumière visible. Les ondes de cette dernière, dont la longueur varie de 400 à 700 nanomètres (nm) du violet au rouge, devraient normalement se heurter aux trous de 300 nm et rester bloquées derrière la plaque. Interdit, tout comme ses collègues, qui restent sans voix, Thomas Ebbesen multiplie les vérifications, mais la lumière s’obstine à traverser la plaque. Plus troublant encore : elle semble traverser une aire trois fois plus grande que celle occupée par les trous, comme si elle parvenait à franchir le métal !

Huit ans pour percer le mystère

Huit années durant, le chercheur va s’évertuer à percer ce mystère, en même temps qu’il mène d’autres types de recherches au sein de NEC. Sans relâche. « J’avais suffisamment d’expérience pour savoir que je ne faisais pas d’erreur de manipulations, raconte-t-il. Par ailleurs, certains collègues, comme Shunji Kishida, n’ont eu de cesse de m’exhorter à continuer, à ne pas me décourager. »

Une nouvelle propriété de la lumière découverte à la fin des années 1990, alors même que l’on croyait tout savoir sur cette messagère depuis des décennies ! Lors du discours de Thomas Ebbesen à la remise du prix Kavli, les lauréats de la catégorie « astrophysique », qui utilisent la lumière pour sonder l’Univers, en étaient très surpris… « Je dis toujours à mes étudiants qu’ils ont encore bien des choses à découvrir dont on n’a pas la moindre idée aujourd’hui, ajoute-t-il.  D’ailleurs, Richard Feynman, selon moi un des plus grands physiciens du XX^e siècle, avait apparemment dit que “si la sphère des connaissances augmente, la frontière de ce que l’on ne connaît pas augmente encore plus vite !” »

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 Son dernier dada : les états hybrides lumière-matière

D’ailleurs, après sa découverte sur les réseaux de trous, Thomas Ebbesen n’a jamais cessé d’explorer l’inconnu. Il est aujourd’hui lauréat de plusieurs distinctions prestigieuses en plus du prix Kavli (dont le Agilent Europhysics Prize, pour ses travaux sur les nanotubes) et codétenteur d’une trentaine de brevets. À tout juste 60 ans, il n’a pas l’intention de s’arrêter là. « Actuellement, je travaille sur les états hybrides lumière-matière, et je m’amuse comme je ne me suis jamais amusé de ma vie ! », lance-t-il en riant.

L’histoire se répète : c’est après relecture du même article de Serge Haroche, dont les travaux, comme ceux de Claude Cohen-Tannoudji, sont pour lui source d’inspiration, qu’il commence à jouer à ce nouveau jeu : « Avec mes équipes, nous sommes parvenus à changer les propriétés de la matière (la conductivité, la vitesse d’une réaction chimique…) en plaçant des molécules sur un réseau de nano-trous ou en utilisant des miroirs, explique-t-il. Nous n’avons même pas besoin de lumière : les fluctuations quantiques du vide, celles-là mêmes qui sont peut-être en partie à l’origine de l’énergie noire, se chargent de faire entrer la matière en résonance avec le réseau, un phénomène qui a pour effet de modifier les molécules. » De belles publications en perspective… Et une autre belle démonstration, s’il en fallait encore une, que toute vraie découverte procède, non pas d’une recherche appliquée, téléguidée, mais de la simple soif de comprendre. Celle des grands enfants.chercheur