Une carrière de renommée internationale qui a débuté à New York, Chicago et Londres avant de l'emmener, enfin et pour de bon, à Lincoln, se terminerait au sixième étage du campus est du Bryan Medical Center.

Quelques jours plus tôt, feu Anthony Starace, dont les recherches pionnières en physique des lasers ultra-rapides lui ont valu le rang de professeur de l'Université George Holmes à l'Université du Nebraska-Lincoln, avait appris que l'un de ses journaux préférés, Lettres d'examen physique , publierait un autre de ses papiers.

Peu de temps après la notification, Starace a commencé à ressentir des douleurs thoraciques liées à l'apparition soudaine d'une pancréatite qui allait lui coûter la vie le 5 septembre.

Mais pas avant d'avoir terminé.

L'éditeur du journal avait demandé à Starace d'écrire un résumé d'une page des résultats et de l'importance de l'étude. Il l'avait fait plusieurs fois. Mais jamais d'un lit d'hôpital, entre les visites de sa famille et des collègues qui le connaissaient comme un ami et, après 46 ans au Nebraska, une institution virtuelle à lui tout seul.

Son co-auteur et protégé de neuf ans, Jean Marcel Ngoko Djiokap, a initialement exhorté Starace à oublier le résumé. Pourtant, Ngoko Djiokap connaissait suffisamment son mentor pour mieux le connaître.

"Même quand tu es malade, tu ne penses pas à ta propre condition, " a-t-il dit à propos de l'état d'esprit de Starace. " Vous êtes toujours prêt à donner et à donner, fournir. Je pense que cela vous dit exactement qui était Tony."

Donc, ensemble, Starace et Ngoko Djiokap ont composé le résumé, qui décrit les dernières avancées d'un géant universitaire qui s'est fait connaître en enquêtant sur l'infinitésimal.

Le clignement des yeux comme l'éternité

Au tournant du millénaire, Starace s'est plongé dans le domaine émergent de la science attoseconde :frapper des atomes et des molécules avec des impulsions laser intenses qui durent incroyablement peu de temps. Comment inconcevable? Le nombre d'attosecondes qui s'écoulent en une seconde est égal au nombre de secondes qui s'écoulent en 31 milliards d'années, soit plus du double de l'âge estimé de l'univers.

En étudiant comment ces impulsions laser éphémères interagissent avec les atomes et les molécules, Starace et d'autres ont scruté ce qui était autrefois impénétrable :les façons dont les électrons quittent leur orbite autour des atomes lorsqu'ils sont frappés par la lumière, par exemple. Cette connaissance, à son tour, a aidé d'autres physiciens à mieux comprendre les règles régissant la dynamique atomique ou moléculaire qu'ils découvrent, et même à contrôler ce comportement.

"Quand les choses arrivent sur des échelles de temps aussi rapides, les expérimentateurs ne savent pas toujours ce qu'ils ont accompli, " Starace a déclaré en 2014. " Ils ne peuvent pas " voir " comment les électrons font des transitions atomiques et moléculaires. Ils ont donc besoin de moyens pour vérifier, « Comment avons-nous fait cela ? » ou, « Qu'avons-nous eu là ? »

Starace et Ngoko Djiokap avaient passé ces dernières années à étudier un phénomène appelé dichroïsme, plus précisément, comment les propriétés d'une impulsion laser modifient la façon dont son énergie est absorbée et la probabilité qu'elle éjecte des électrons des atomes et des molécules. Mais ce n'était pas un dé de probabilité à six faces; il présentait tant de facettes, avec autant d'arêtes non linéaires, que Starace et Ngoko Djiokap ne pouvaient commencer à calculer les probabilités qu'avec des superordinateurs et la mécanique quantique.

Parmi ces propriétés de changement de probabilité figuraient l'orientation et le comportement du champ électrique qui entoure un faisceau laser. Dans certains cas, le champ électrique ne s'étend que verticalement ou horizontalement à partir du faisceau. Chez les autres, le champ électrique tourne autour du faisceau comme une hélice. Quand c'est le cas, il peut tourner dans le sens horaire ou antihoraire et peut tracer la trajectoire d'un cercle ou d'une ellipse.

De retour en 2014, tout en tirant des impulsions laser sur un atome d'hélium, l'équipe a découvert que la rotation dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre d'une trajectoire elliptique pouvait influencer les angles de lancement des deux électrons de l'atome. Dans les pages de Physical Review Letters, le duo a introduit des équations pour caractériser cette influence. Les impulsions laser, ils ont expliqué, avaient stimulé les réponses électroniques associées à l'absorption à la fois d'une particule contre deux, ou photons, de la lumière, avec l'interférence entre ces dynamiques - et la disparition des effets à un photon - entraînant le dichroïsme inhabituel.

Cette année, Starace et Ngoko Djiokap ont mené une étude similaire mais ont déplacé leur attention d'un atome à une molécule :deux atomes d'hydrogène liés qui partagent deux électrons. Lors du tir d'une impulsion laser à un photon parallèle à l'axe de la molécule de dihydrogène, ils ont découvert que les effets de la rotation dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse sur le lancement des électrons pouvaient être décrits par les mêmes équations qu'ils ont dérivées pour un atome d'hélium.

En tournant même légèrement la molécule, bien que, ils ont espionné des facteurs supplémentaires - une nouvelle forme de dichroïsme - qui n'apparaît que dans certaines molécules. Dans leurs efforts pour mieux comprendre les nouveaux facteurs, Starace et Ngoko Djiokap ont découvert comment orienter l'impulsion laser et l'axe moléculaire - et comment détecter les électrons - de sorte que les variables de dichroïsme de type atomique qu'ils ont découvertes en 2014 disparaissent. Cela leur a permis d'isoler et de mesurer uniquement les influences spécifiques à la molécule, y compris comment les changements dans l'énergie et l'orbite d'un électron excité par laser peuvent interagir avec ceux de l'autre électron partageant sa molécule.

"Les règles de sélection que nous avons trouvées sont très sensibles à l'orientation de la molécule, " dit Ngoko Djiokap, professeur assistant de recherche en physique et astronomie. "Nous voyons donc ce nouvel effet moléculaire corrélé comme un outil pour (mesurer) l'alignement moléculaire. C'est très important pour l'imagerie moléculaire ultra-rapide."

Starace et Ngoko Djiokap ont même découvert qu'ils pouvaient contrôler certaines des réponses spécifiques aux molécules en ajustant le chemin elliptique du champ électrique du laser. La capacité de prédire et de mesurer ces réponses pourrait effectivement servir de diagnostic pour les lasers eux-mêmes, dit Ngoko Djiokap.

Combiné avec l'étude précédente, les nouvelles découvertes pourraient également éclairer les efforts futurs pour mieux identifier une caractéristique particulièrement importante des molécules, dit Ngoko Djiokap. Un atome d'hélium et une molécule de dihydrogène sont tous deux non chiraux, ce qui signifie que leurs images miroir semblent identiques aux originaux. Par contre, les molécules chirales peuvent prendre deux formes qui, comme les mains droite et gauche, sont structurellement identiques mais se distinguent de leurs homologues en miroir.

Et tout comme la plupart des gens considèrent la latéralité comme une distinction importante - ayant une coordination beaucoup plus grande avec l'un qu'avec l'autre - la latéralité des molécules chirales peut avoir des conséquences massives. Alors qu'une molécule gauchère pourrait aider à apaiser une maladie, sa main droite pourrait en déclencher un.

Parce que seules les molécules non chirales présentent certaines des signatures d'éjection d'électrons que Starace, Ngoko Djiokap et leurs collègues internationaux ont découvert, ces signatures pourraient aider les chercheurs ou autres à confirmer avec quelle classe de molécules ils travaillent.

"Je dois le faire pour lui"

Depuis le décès de Starace, le Département de physique et d'astronomie a demandé à Ngoko Djiokap d'assumer la direction de la plupart des projets de recherche de son mentor.

Ngoko Djiokap travaille maintenant depuis le bureau que Starace a appelé le sien, les journaux et les livres s'empilent alors que Ngoko Djiokap prend place derrière le bureau devant lequel il s'asseyait souvent en rencontrant Starace.

Au loin entre ces deux sièges, à peine quatre pieds, réside le fardeau de l'attente et de l'héritage. le propre mentor de Starace, Ugo Fano, une fois recherché sous les lauréats du prix Nobel Enrico Fermi et Werner Heisenberg.

"C'est beaucoup de pression, » admet Ngoko Djiokap. « Mais je pense que je dois le faire pour lui, pour ce qu'il représente pour moi. Il était le meilleur mentor que j'aie jamais eu, la façon dont il a pris soin non seulement de moi, mais de tout son groupe."

Ngoko Djiokap est venu de Belgique au Nebraska trois jours seulement après avoir soutenu sa thèse à l'Université catholique de Louvain. Il se souvient de la date :le 4 février 2010. Il n'était jamais allé au Nebraska, ne connaissant Starace que grâce à une interview par vidéoconférence et aux nombreux articles de recherche qu'il avait parcourus au cours de sa jeune carrière.

"Il m'a accueilli comme son fils, " dit Ngoko Djiokap. " C'est pourquoi je dois encore faire face au processus de deuil. ça va prendre du temps, mais je sais qui il était."

Ngoko Djiokap raconte comment Starace l'a invité chez lui pour les dîners de Noël, de la façon dont son esprit pouvait se rappeler instantanément un bon repas pris dans un restaurant 10 ans plus tôt, de la façon dont il jouait au squash avec le même enthousiasme et le même engagement qu'il apportait à la physique.

Il pense tout haut à un avenir non vécu dans lequel un Starace à la retraite aurait accepté les gestes d'hospitalité que son mentor lui accordait si souvent.

"Mon seul regret est qu'il ne me verra jamais faire ça, parce que je pense que c'est ce qu'il voulait—qu'un jour, Je l'inviterais chez moi et pour voir comment diriger mon propre groupe de recherche, " il dit.

Et il décrit l'équilibre entre empathie et autorité, de précision et d'ouverture d'esprit, cela a valu à Starace l'admiration de ceux qui ont travaillé avec lui et l'ont connu. Si Ngoko Djiokap peut imiter ça, il dit, peut-être qu'il se montrera digne de l'héritage de Starace.

Mais ce travail reste inachevé.

"Je dois prendre le siège du conducteur et travailler dur et livrer, pour qu'il soit fier de moi."