La lumière dans la recherche

La lumière joue un rôle important dans la recherche menée au PSI. Que ce soit sous forme de laser déclenchant des processus ultrarapides dans des molécules biologiques, d’éclairage spécial dans une salle blanche ou de lueur émise par les atomes de gaz au moment où ils sont percutés par des protons… Dans cette galerie, nous nous penchons sur cinq couleurs du spectre.

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Rouge 

Ici, la lumière laser rouge est utilisée au laser suisse à rayons X à électrons libres SwissFEL, dernière grande installation de recherche du PSI. À l’aide de miroirs, elle est dirigée vers des échantillons (par exemple, des biomolécules) en vue de les exciter. Les processus ultrarapides ainsi déclenchés sont enregistrés au moyen d’impulsions très brèves de rayons X, extrêmement lumineuses. On obtient un film au ralenti qui illustre les mouvements atomiques de ces éléments constitutifs de la vie. Cette recherche fondamentale permet d’acquérir de nouvelles connaissances sur les protéines collectrices de lumière et les processus liés à la photosynthèse.

Jaune 

La lumière jaune est indispensable lors de la préparation du transfert de microstructures sur un wafer, disque fait d’un matériau semi-conducteur comme le silicium et qui sert à fabriquer des micropuces. Les wafers sont d’abord nettoyés, puis des atomes étrangers leur sont ajoutés afin d’améliorer leurs propriétés électriques. Ensuite, on applique une résine photosensible dans laquelle des circuits seront gravés en utilisant des masques et de la lumière. Pendant l’application de la résine, aucune lumière bleue ou ultraviolette ne doit être présente. À cette fin, l’éclairage des salles blanches du PSI, dans le Park Innovaare voisin, est recouvert de gélatine jaune pour éviter les réflexions sur les wafers.

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Vert 

La lumière verte est utilisée au Centre de protonthérapie (CPT) du PSI, où l’on traite des malades du cancer. La radiothérapie avec des protons ménage tout particulièrement les tissus sains autour de la tumeur. Comme la forme et la position de cette dernière peuvent se modifier au cours du traitement, lequel s’échelonne sur plusieurs semaines, une tomodensitométrie (CT-scan ou scanner) faiblement dosée est réalisée pour un traitement optimal. Les lignes de repérage que la lumière laser verte projette sur le corps permettent de positionner les patients avec précision et de manière reproductible à chaque séance, avant le scanner.

Bleu 

La Source de Lumière Suisse SLS fabrique de la lumière de type rayons X, d’une extrême brillance, avec des électrons accélérés. Celle-ci est notamment utilisée dans les domaines suivants: physique, science des matériaux, biologie, chimie et sciences de l’environnement. Cette diversité tient au fait que la lumière synchrotron est une lumière polychrome. A la vingtaine de stations expérimentales que compte la SLS, on en filtre les longueurs d’onde requises pour l’analyse que l’on veut mener. La lumière synchrotron relève principalement de l’invisible; le bleu que nous vous montrons ici fait partie de sa plage visible, qui est plus petite. A la ligne de faisceau de diagnostic, la lumière est analysée pour diagnostiquer les paramètres importants de la machine. Cela permet d’optimiser la performance de l’accélérateur et de garantir son bon fonctionnement.

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Violet 

Ce faisceau violet est visible derrière une fenêtre à vide située après la source de protons du PSI. Dans celle-ci, du gaz composé d’hydrogène moléculaire est irradié par des micro-ondes, ce qui le transforme en plasma où les noyaux des atomes d’hydrogène – les protons – pourront se mouvoir librement. Ces protons, accélérés à haute tension, forment un faisceau qui n’émet pas de lumière. L’apparition du violet est due au fait que les protons entrent en collision avec le gaz restant et lui font émettre de la lumière. Ensuite, les protons sont accélérés à 80 % de la vitesse de la lumière dans le grand cyclotron, le coeur du grand accélérateur de protons du PSI, et produisent un faisceau de protons qui compte parmi les plus puissants au monde. 

Texte: Institut Paul Scherrer PSI/Chrisitan Heid

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