Chercheurs de pointe à Shippagan

(D’après un texte du journal L’Étoile)

Bien que la majorité des personnes ne le sachent pas, les deux seuls théoriciens en physique computationnelle et photonique du Canada atlantique demeurent au Nouveau-Brunswick. Ces chercheurs se retrouvent actuellement au campus de Shippagan de l’Université de Moncton. Ils travaillent dans une nouvelle discipline scientifique qui s’appelle l’attoscience.

Le Groupe de physique computationnelle et photonique (GPCP) basé à Shippagan est composé de deux chercheurs, Samira Barmaki et Stéphane Laulan. Ensemble, ils développent des techniques de contrôle et d’imagerie de la dynamique électronique dans les atomes et molécules à l’aide impulsions laser intenses ultrarapides.

« Il y a une poignée de gens qui travaillent dans cette science au pays. On est les seuls en au Canada Atlantique », affirme Samira Barmaki. Elle vit au Nouveau-Brunswick depuis 2007 et considère que la recherche est valorisée au campus de Shippagan. Les connaissances de ces deux chercheurs se complètent.

« Moi je suis formée sur l’interaction laser-molécule et mon collègue Stéphane Laulan est formé sur l’interaction laser-atome. » Ces chercheurs travaillent directement sur les éléments de base de la matière. « On prend une molécule et on décide de la fragmenter. Une molécule, c’est un ensemble d’atomes. On peut lui envoyer une impulsion laser très courte de manière à interagir sur les électrons parce que ce sont les électrons qui lient ces atomes ensemble. Quand on envoie cette impulsion sur la molécule, les électrons vont être éjectés de cette molécule. Il reste alors des fragments atomiques », explique Samira Barmaki qui travaille sur le développement de théories physiques.

« C’est de la recherche fondamentale, étape essentielle pour des applications à plus ou moins long terme : pouvoir contrôler le mouvement des électrons au sein de la matière est une étape clé pour contrôler tout processus biologique et réaction chimique. Les retombées toucheront le domaine biomédical, où l’on pourra améliorer les techniques de thérapie radiative, ou par exemple le domaine pharmaceutique en créant ou en modifiant les molécules sur demande. »

En plus de faire de la recherche, les deux universitaires enseignent aussi leurs connaissances aux étudiants du campus.

« Au cours des dernières années, une vingtaine d’étudiants et d’étudiantes ont déjà été formés dans notre Groupe de recherche, que ce soit au niveau du 1er cycle, de la maîtrise ou du doctorat. On a présentement une étudiante au doctorat et un étudiant à la maîtrise qui travaillent avec nous », commente Samira Barmaki.

Les deux chercheurs travaillent donc principalement à développer, tester et appliquer des théories physiques.

« Nous sommes théoriciens. Nos travaux sont complémentaires avec les expériences en cours en laboratoire. Dans une étude expérimentale, on a besoin de théories physiques et de calculs pour expliquer les résultats obtenus. Inversement, nos études théoriques vont permettre de guider les prochaines expériences à mettre en place. Les théoriciens ne peuvent se passer des expérimentateurs, et vice-versa! »

Les recherches qui se font à Shippagan par ces chercheurs se trouvent à la frontière de plusieurs grands champs de connaissances.

« C’est une discipline mixte. Notre formation de base est la mécanique quantique. On combine la mécanique quantique aux calculs de haute performance. C’est ce qui fait notre spécificité. On fait partie d’une nouvelle génération de physiciens dits physiciens numériciens. On développe des théories en mécanique quantique et on utilise également le calcul haute performance pour les appliquer sur des supercalculateurs informatiques », poursuit la chercheuse en parlant de ses récentes recherches qui impliquaient des lasers très spécialisés.

« On modélise des impulsions laser très spéciales, et en plein essor actuellement : des impulsions ultrarapides (attosecondes) et très intenses. Grâce à ces caractéristiques, elles peuvent aller sonder le mouvement électronique dans les atomes. Par exemple, dans un atome d’hélium, système de référence qu’on étudie, il y a deux électrons. En envoyant un laser de ce type sur ces électrons, on a pu observer indirectement leur mouvement, et même contrôler leur dynamique ».

« Nos principaux travaux portent sur les processus d’interaction entre une impulsion laser et des atomes et molécules. Un atome ou une molécule, quand tu lui envoies un rayon laser, il change d’état énergétique : il va gagner de l’énergie et passer à un autre état et on étudie comment les électrons vont peupler un état ou un autre. Notre programme de recherche actuel, subventionné par le CRSNG et la FINB, porte sur l’étude de certains atomes et molécules d’intérêt spectroscopique », continue Samira Barmaki.

Les deux chercheurs travaillent présentement avec des lasers de longueurs d’onde dans le domaine des infra-rouge, ultra-violet et des rayons X, et étudient leurs effets sur de nombreux types d’atomes et de molécules qui intéressent les expérimentateurs.

Ces recherches pourraient aider à comprendre les processus cellulaires et même à réparer certaines molécules défectueuses dans le corps humain. Elles pourraient aussi être extrêmement utiles pour créer de nouveaux médicaments, la création de nouvelles molécules étant la base de la pharmaceutique.

Les recherches des deux professeurs et de leurs étudiants sont régulièrement publiées dans des revues scientifiques révisées par des pairs.

« Nous encadrons des étudiants dans notre Groupe sur différents projets Les résultats issus de ces projets sont publiés dans des articles scientifiques, et sont présentés dans des conférences internationales. »

Un des derniers articles du Groupe de recherche est paru dans la très réputée revue scientifique «Physical Review A», qui est une des plus reconnues dans le domaine de la physique atomique et moléculaire.

Les calculs impliqués dans la construction de ces théories sont tellement complexes qu’ils nécessitent l’utilisation d’ordinateurs spéciaux.

«On développe des théories avec des calculs mathématiques basés sur la mécanique quantique. Vu la complexité des calculs, oubliez la calculatrice du commerce! On doit faire appel aux supercalculateurs informatiques de Calcul Canada, dotés d’une puissance incroyable. Nos programmes peuvent alors tourner pendant plusieurs heures, voire plusieurs semaines, donc il faut être sûr de nos calculs! Vient ensuite le temps des tests et de l’analyse des résultats, de la rédaction d’articles éventuels, et de nouvelles idées pour d’autres projets de recherche », termine Samira Barmaki.

« J’aime la découverte. C’est ça la définition d’un chercheur. C’est quelqu’un qui est toujours dans la volonté de découvrir, d’apporter sa pierre à l’édifice, de relever des défis. Chercheur, mais avant tout trouveur! »



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