Une nouvelle étude montre qu'il sera bientôt possible de produire des rayons X intenses avec des accélérateurs de particules de la taille d'une table. Les sources classiques de rayonnement synchrotron, pourtant indispensables en science des matériaux, pharmacie et biologie, occupent des installations de la taille d'un terrain de football. La nouvelle approche combine nanotubes de carbone et laser pour générer, directement sur une puce, des rayons X cohérents de très haute brillance, ouvrant des perspectives révolutionnaires en médecine et science des matériaux.

Les accélérateurs traditionnels sont des anneaux géants de métal et d'aimants – le LHC du CERN mesure 27 km. Les simulations montrent qu'un accélérateur ultra-compact de quelques micromètres de large pourrait produire des rayons X cohérents comparables à ceux des synchrotrons valant des milliards de livres, le tout intégré sur une puce. Le principe repose sur les plasmons de surface : lorsqu'un pulse laser polarisé circulaire est injecté dans un minuscule tube creux, il se vrille en hélice, créant un champ magnétique tournant qui capture et accélère les électrons, lesquels émettent alors une radiation synchrone d'une intensité augmentée de deux ordres de grandeur.

Lei Bifeng, responsable de l'étude et chercheur à la Faculté des sciences physiques, précise que ce « mini-synchrotron » reproduit à l'échelle nanométrique les principes physiques des installations longues de plusieurs kilomètres. Les nanotubes de carbone, capables de supporter des champs électriques centaines de fois plus intenses que les accélérateurs classiques et pouvant être « cultivés » verticalement en « forêt », sont l'élément clé. Leur géométrie cylindrique offre un couplage idéal avec le laser polarisé circulaire – l'équipe parle de « mécanisme de serrure quantique ». Les simulations 3D montrent des champs de l'ordre de dizaines de téra-volts par mètre, très au-delà des technologies actuelles.

Si la technologie voit le jour, elle démocratisera l'accès aux sources de rayons X de pointe : aujourd'hui, les chercheurs attendent des mois pour quelques heures sur un synchrotron. Demain, hôpitaux, universités et laboratoires industriels pourraient disposer de leur propre source, révolutionnant l'imagerie médicale (mammographies plus nettes), la découverte de médicaments (analyse autonome de structures protéiques) et la caractérisation non destructive de matériaux.