Une étude, dont les résultats intitulés «Attosecond dynamics through a Fano resonance: Monitoring the birth of a photoelectron» ont été publiés dans la revue Science, a permis de suivre, pour la première fois en temps réel, tous les détails de l'émission d'un photoélectron par un atome d'hélium.

Rappelons tout d'abord que l'effet photoélectrique «expliqué par Albert Einstein en 1905» survient lorsqu'un «atome absorbe un photon ultra-violet (UV) ou X» et émet, en réponse quasi-instantanée à cette excitation, «un électron (appelé photoélectron)».

Cet effet, à première vue, paraît simple. Cependant, «pour certaines énergies, il existe des états électroniques où les deux électrons de l'atome d'hélium sont excités», ce qui implique «qu'il existe alors deux 'chemins' énergétiques en compétition, conduisant à l'émission du photoélectron».

Dans cette situation, «le spectre d'absorption de la lumière par l'hélium comporte un pic au profil asymétrique, dont la largeur indique la durée complète de la photoionisation : 17 femtosecondes (10^-15 s)». Notons que c'est le physicien italien Ugo Fano, qui «a décrit ce phénomène et donné son nom à ce profil caractéristique».

Afin d'observer ce phénomène en temps réel, des atomes d’hélium ont été excités, dans le cadre de l'étude ici présentée, «avec des impulsions ultracourtes d'un faisceau laser infrarouge intense». Ainsi, le spectre en énergie des photoélectrons émis, a pu être mesuré «à la résolution temporelle des impulsions du laser : la femtoseconde» et «le 'film' de la photoionisation de l’atome d'hélium» a été «reconstitué par une trentaine d’ 'images', séparées chacune d’une femtoseconde».

Plus précisément, «le profil du spectre montre initialement un pic unique (ionisation par le chemin le plus direct), qui se dédouble après un retard de 7-8 femtosecondes, révélant l'interférence entre les deux chemins d'ionisation».

Comme «le procédé mis en œuvre pourrait être appliqué à d’autres atomes, à des molécules de tailles diverses (biomolécules) et à des nanostructures», en étant «complété par la mesure de la distribution spatiale des électrons éjectés» il devrait «permettre de réaliser le film complet en 3D de l’éjection d’un électron avec la même précision temporelle».