N° 133, décembre 2016

Ali Javan (1926-2016)
Physicien et inventeur iranien


Babak Ershadi


Ali Javan, physicien et inventeur iranien résidant aux Etats-Unis, s’est éteint le 12 septembre 2016 à Los Angeles à l’âge de 89 ans. Ali Javan est reconnu mondialement pour sa contribution originale aux recherches dans le domaine des lasers et de l’électronique quantique. Il est l’inventeur du premier rayon continu de laser dans le monde, avec une pureté des couleurs et une précision inégalées.

 

Ali Javan

* * *

 

« Aussi longtemps que je me souvienne, je me suis toujours intéressé à la science. Je pense que ma fascination pour la science est marquée dans mes gènes. Je suis né avec elle. Quand j’avais cinq ou six ans, j’étais profondément attiré par des chiffres et des maquettes. Dès l’enfance, je me suis mis à penser aux mathématiques. Donc, quand j’ai grandi, il me semblait tout à fait naturel d’entrer dans l’univers de la physique. Je n’avais aucun doute. Je me souviens que quand j’étais enfant, je jouais beaucoup avec des gadgets et je bricolais. Une fois, quand j’avais sept ou huit ans, j’ai essayé de fabriquer un appareil photo à partir d’une petite boîte. Aujourd’hui, quand je regarde en arrière, je comprends que les choses que je voulais fabriquer dans mon enfance, étaient tout simplement impossibles. Je me rends compte que beaucoup d’entre elles étaient conceptuellement contraires aux lois de la physique. Mais j’essayais quand même. Mes parents n’étaient pas des scientifiques. Mon père était juriste et avait écrit un certain nombre de livres. Ma mère avait un esprit artistique. Je ne peux pas dire qu’ils m’aient encouragé à m’initier à la science ou qu’ils m’en aient dissuadé. Ils m’ont tout simplement laissé faire. » [1] 

Ali Javan et ses collaborateurs devant leur laser hélium-néon expérimental en 1960.

 

Ali Javan, physicien et inventeur iranien résidant aux Etats-Unis, naît le 26 décembre 1926 à Téhéran. Ses parents sont originaires de Tabriz (province d’Azerbaïdjan de l’Est), son père est juriste et sa mère artiste. Avant même d’aller à l’école primaire, Ali s’intéresse particulièrement aux chiffres. Ses parents décident de l’envoyer dans les meilleures écoles de Téhéran. Il fait ses études secondaires au lycée Alborz, pour étudier ensuite à l’Université de Téhéran où il obtient sa licence en moins de deux ans (1947-1948) à la Faculté des sciences. 

Plus de 70 grands physiciens du monde, donc plusieurs lauréats du Prix Nobel, participèrent au Symposium sur la physique des lasers à l’Université d’Ispahan.

« J’ai fait mes études dans des établissements scolaires formidables à Téhéran. Je pense que les enseignants avaient reconnu quelque talent en moi. Ils m’ont fourni donc une formidable base en mathématiques et en physique. Mes professeurs me poussaient alors à explorer des concepts mathématiques et physiques bien au-delà de ce qui était offert dans le programme scolaire. J’ai étudié à l’Université de Téhéran, puis je suis allé aux Etats-Unis en 1949. » [2] 

Lors d’une visite à New York en 1949, juste après la fin de la Seconde Guerre mondiale, Ali Javan assiste à des cours de physique à l’Université de Columbia. Il est tellement intéressé qu’il décide d’y rester pour continuer ses études. Les cours en physique et en mathématiques sont lourds, mais c’est exactement ce qui lui convient. Il obtient très rapidement son doctorat de physique en 1954 grâce à sa solide expérience scientifique, alors qu’il n’a pas encore reçu officiellement ni sa licence ni son master. Son directeur de thèse est Charles Townes (lauréat du prix Nobel de physique -1964), qui a inventé en 1953 le maser [3], un dispositif d’émission d’un faisceau cohérent de micro-ondes. Un an plus tard, Ali Javan commence, dans le cadre d’un stage postdoctoral, à collaborer avec son professeur, Charles Townes, au projet d’une horloge atomique. En même temps, il utilise la spectrométrie des faisceaux d’atomes de micro-ondes pour étudier la structure des atomes tels que le cuivre et le thallium.

Ali Javan reçoit le prix scientifique « Albert Einstein » en 1993 en reconnaissance de plus de 30 années de recherche sur la physique des lasers.

Ali Javan n’a pas encore trente ans. Il reste à l’Université de Columbia pendant quatre ans pour ses études postdoctorales. Mais c’est aussi pour lui l’occasion de se consacrer à une autre passion : il se met à étudier ce qu’il aime également depuis son enfance : l’art et la musique. Il participe surtout aux cours de musique du musicien avant-gardiste new-yorkais, Henry Cowell (1897-1965) à l’Université de Columbia. Cowell est alors un célèbre compositeur, pianiste, théoricien et professeur de musique de son temps. 

« La physique et la musique : vous y trouvez le même esprit. Cet esprit commun est particulièrement plus évident lorsque vous écoutez des œuvres de compositeurs comme Bach. Ses œuvres sont si profondément mathématiques, ou peut-être les mathématiques sont si profondément musicales. » [4]

Ces quatre années d’études sont très fructueuses pour Ali Javan. En 1957, il publie un document sur la théorie d’un laser à trois niveaux dans la revue scientifique Physical Review. Il développe aussi des recherches sur la stimulation de l’effet Raman
 [5]. Ces études constituent les premiers pas vers une classe d’effets connus sous le nom de « Lasers sans inversion » (Laser Without Inversion, LWI).

Laser hélium-néon

En automne 1958, Javan rejoint Bell Telephone Laboratories (aujourd’hui : Nokia Bell Labs) à Murray Hille (New Jersey), un centre de recherche important dont les découvertes au fil du temps ont eu une importance capitale dans des domaines tels que les télécommunications (réseaux téléphoniques, transmission télévisuelle, communication satellitaire, etc.). Peu de temps après son installation dans les unités de recherches de Bell, faisant équipe avec William Bennett Jr. et Donald Herriott, il découvre en 1960 le principe de fonctionnement de la décharge du laser hélium-néon. Ali Javan effectue la première démonstration optique du laser hélium-néon en 1961. 

Dès 1960, Javan devient professeur à l’Institut de technologie du Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology, MIT). Il y lance un projet de recherche visant à étendre les techniques pour mesurer les fréquences micro-ondes infrarouges. Ses recherches lui permettent de développer le premier mesurage absolument précis de la vitesse de la lumière. En 1971, il est directeur du Symposium sur la physique des lasers, qui a lieu pour la première fois à l’Université d’Ispahan en Iran. Plus de 70 grands physiciens du monde entier, donc plusieurs lauréats du Prix Nobel, participent alors à ce symposium. 

Le laser d’Ali Javan fut longtemps utilisé dans la lecture des codes-barres (code universel des produits, CUP).

 

Le laser hélium-néon

 

Le laser hélium-néon est un laser à gaz. Le laser hélium-néon est le premier laser à gaz à avoir été inventé. On doit à Ali Javan, William Bennett Jr. et Donald Herriott d’avoir réussi en 1960, au sein des Laboratoires Bell, à créer une émission continue avec ce laser. Il est de petite dimension et a de nombreux usages scientifiques et industriels. La source d’énergie du laser hélium-néon consiste en une décharge électrique appliquée à l’anode et à la cathode qui sont situées aux deux extrémités d’un tube de verre. Pour obtenir une émission continue, il faut utiliser souvent un courant de 5 à 100 mA (millièmes d’ampère). La cavité optique du laser est normalement constituée de deux miroirs : un miroir à haut pouvoir réfléchissant d’un côté du tube, et un miroir concave de l’autre côté. La longueur d’onde du rouge des lasers hélium-néon est habituellement donnée pour 632 nm (nanomètres).

L’invention d’Ali Javan est utilisée dans les lecteurs et graveurs de CD.

La découverte du laser à gaz a jeté les bases pour le développement de la télécommunication par fibres optiques. Aujourd’hui, la télécommunication par les fibres optiques est la technologie clé de l’utilisation du réseau Internet. Le laser hélium-néon était le premier laser qui fut produit et utilisé en masse. Il faut aussi souligner que le laser hélium-néon a été utilisé dans tous les types de CUP (code universel des produits) communément appelé « code-barre ». Le laser hélium-néon est également utilisé dans les lecteurs de CD, de DVD, etc., mais aussi dans les imprimantes laser ou pour dans les appareils médicaux. Il est vrai que dans de nombreux cas, le laser hélium-néon a été remplacé depuis par des lasers plus récents pompés par diode. Il est aujourd’hui utilisé principalement pour certaines applications spécialisées comme l’interférométrie ou télédétection, méthode de mesure qui exploite les interférences intervenant entre plusieurs ondes cohérentes entre elles. L’interférométrie est utilisée en astronomie aussi bien avec des télescopes optiques qu’avec des radiotélescopes. 

Le laser d’Ali Javan est utilisé aujourd’hui dans les mesurages d’interférométrie en astronomie.

* * *

 

« Je pense que cet esprit de créativité existe en chacun de nous. Elle se manifeste seulement dans des directions différentes. Il y a quelque chose d’immensément beau dans la physique, bien qu’elle soit très difficile. Prenez un atome seul. Il est absolument magnifique. Ces jours-ci, nous pouvons étudier un seul atome, le suivre et le mesurer. A l’époque où j’allais à l’école, il n’était absolument pas possible de voir comment un atome émettait de la lumière. Il est maintenant possible de le faire. C’est tellement amusant ! Pourquoi voulez-vous travailler si dur ? Pour gagner de l’argent ? Oui, bien sûr, dans la science, beaucoup d’argent est gagné. Mais surtout parce qu’il y a quelque chose de très beau que vous cherchez à la fin de cette route. Il y a quelque chose de beaucoup plus profond. Il y a un élément esthétique. Tout est esthétique. »

Notes

[1Betty Blair, « The Gaz Laser and Beyond », interview avec Ali Javan, in : Azerbaïjan International, été 1996.

[2Ibid.

[3Abréviation pour Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation

[4Betty Blair, op.cit.

[5L’effet Raman est un phénomène physique de diffusion moléculaire de la lumière, mis en évidence expérimentalement en 1928 par le physicien indien Chandrasekhara Venkata Raman, lauréat du prix Nobel en 1930. Les sources de lumière laser, particulièrement bien adaptées à l’excitation de l’effet Raman, ont été à l’origine de progrès techniques très importants qui ont renouvelé cette méthode, en permettant par exemple l’analyse d’échantillons microscopiques, ou bien de mesures en des temps très courts. (Encyclopédie Universalis).


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