Gurgen Askaryan (; ou Гурген Аскарян) (né le , mort le ) est un physicien sovieto-arménien. Il est connu pour sa découverte de l'auto-focalisation de la lumière, des études novatrices sur l'interaction lumière-matière et la découverte et l'étude de l'interaction entre les particules de hautes énergies et la matière condensée. Il a notamment postulé l'effet Askaryan, dont l'existence n'a été expérimentalement avérée qu'en 2000.
Biographie Gurgen Askaryan est né en 1928, à Moscou de parents arméniens « Gurgen A. Askaryan (1928-1997) », B.M. Bolotovskii.. Ses deux parents étaient médecins. Ashot Askarian était un généraliste, et sa mère, Astgik Askaryan, dentiste. À l'âge de 18 ans, Gurgen intégra le département de physique à l'Université d'État de Moscou, où il s'attaqua à ses premiers projets de recherche, se spécialisant dans la physique du noyau atomique. Diplômé en 1952, il fut accepté en deuxième cycle universitaire à l'Institut de Physique chimique (IPC) de Moscou. En 1953, il fut muté à l'Institut de physique Lebedev, et obtint son doctorat en 1957. Auteur de plus de 200 articles, Askaryan a contribué de façon significative à la physique des hautes énergies, en particulier avec l'effet Askaryan et l'expérience ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna), ainsi que dans les domaines de l'acoustique et de l'optique. Sa découverte célèbre de l'auto-focalisation de la lumière lui valut la plus haute distinction scientifique d'alors en Union soviétique. Peu après avoir reçu son diplôme de Docteur en sciences, en 1992, Gurgen commença à souffrir de problèmes de santé, en même temps qu'empirait la santé de sa sœur Gohar. Elle et lui moururent le même jour, le , dans leur appartement de Moscou, tous deux de la même maladie cardiaquebiographique sur Gurgen Askaryan écrit par son collègue et ami Boris Bolotovskii.
Carrière et réussite scientifique Avancée vers la chambre à bulles Pendant sa troisième année d'études, Askaryan proposa une nouvelle méthode d'enregistrement des particules chargées rapides. Son idée était que dans un liquide surchauffé transparent, une toute petite quantité d'énergie suffit à l'amener à ébullition. Si une particule chargée rapide pénètre dans ce liquide, elle perdra une partie de son énergie en ionisant les atomes situés le long de sa trajectoire. Cette perte d'énergie se transforme en une quantité de chaleur suffisante pour générer la mise en ébullition du milieu situé le long de la trajectoire de la particule, que les bulles rendent alors observable.
Askaryan discuta cette proposition avec certains de ses professeurs et camarades étudiants. Aucun ne lui fit d'objection, cependant, aucun ne le soutint ni ne l'aida à la réaliser. Askaryan était inexpérimenté quant aux formes et méthodes des investigations scientifiques. Il ne publia même pas sa proposition. Plusieurs années après, en 1952, la même idée se fit jour indépendamment chez un physicien américain, Donald Arthur Glaser. Il la mit en pratique en assemblant le dispositif désormais connu sous le nom de chambre à bulles. L'instrument se révéla si utile en physique des particules qu'il valut à son auteur le Prix Nobel en 1960. Cet épisode conduisit Askaryan à de sérieuses interrogations. Bien entendu, il fut secoué d'avoir laissé échapper le Prix Nobel d'aussi peu, mais d'un autre côté, cela l'aida à prendre confiance en lui.
Rayonnement cosmique et onde sonores Askaryan a découvert et étudié dans le détail différents effets accompagnant le passage de particules de hautes énergies au travers de la matière condensée (liquide ou solide). Il a montré que les pluies de hadrons-électrons-photons et même que de simples particules rapides peuvent produire des impulsions sonores. Les pertes par ionisation sont rapidement converties en chaleur, et la petite région adjacente à la trajectoire subit une expansion thermique, générant ainsi des ondes sonores. Ces résultats ont permis une nouvelle approche à l'étude des rayons cosmiques. Auparavant, les études sur les rayons cosmiques se fondaient sur l'interaction directe de leurs particules avec un détecteur. Askaryan rendit possible la détection des pluies et de simples particules en utilisant des récepteurs sonores situés à distance des événements.
Il y a plusieurs années, l'enregistrement de particules énergétiques avait été prévu avec des détecteurs sonores immergés en mer, dans le cadre d'un important programme de surveillance mondiale.
Rayonnement cosmique et ondes électromagnétiques Askaryan montra également que les gerbes de rayons cosmiques émettent des rayonnements électromagnétiques, fournissant ainsi une autre façon de les détecterExcess Negative Charge of an Electron-Photon Shower And Its Coherent Radio Emission (Charge négative excédentaire d'une pluie d'électrons-photon et de son émission radio cohérente), Askaryan GA, Soviet Physics JETP-USSR 14 (2): 441-443 1962. Auparavant, on supposait couramment que les pluies d'électrons-photons n'émettaient pas de rayonnement électromagnétique puisque les électrons et les positons sont créés par paires. L’analyse d'Askaryan amena à la conclusion que dans les averses d'électrons-photons, il y a un excès de charges négatives (excès d'électrons). Ces excès proviennent des atomes à la suite de chocs, soit par effet photo, soit par des pluies d'électrons et de positrons (ionisation). Dans le même temps, du fait du processus d'annihilation, le nombre de positrons diminue. Il existe donc un courant électrique créé par l'excès d'électrons associé à l'averse. Ce courant variable constitue la source de rayonnement électromagnétique. Ainsi, chaque avers est source de rayonnement électromagnétique. Ces études ont ouvert de nouvelles perspectives pour l'enregistrement à distance des pluies de rayons cosmiques. De nos jours, de nombreux observatoires radio-astronomiques mènent des observations sur les pluies de rayons cosmiques.
Faisceaux laser intenses et acoustique radiative Plus tard, Akaryan montra qu'un faisceau laser intense passant au travers de la matière génère également des ondes sonores. Cet effet peut servir à traiter ou à détruire des substances. Cette série d'études a eu comme résultat la création d'une nouvelle branche de la physique, l'acoustique radiative, dont Askaryan fut le fondateur.
Interaction d'un faisceau laser avec des substances Après la découverte des lasers, Askaryan commença des recherches sur les interactions des faisceaux laser avec différentes substances. À cette époque, les physiciens travaillant avec des lasers avaient l'habitude de découper des spécimens en métal fin (fréquemment des lames de rasoir) avec des rayons laser. C'était un peu comme un jeu. Askarya également s'adonna à ce jeu. Il nota que les trous faits par le laser étaient de deux sortes. Lorsque le laser était employé à puissance modérée, les bords des ouvertures étaient lisses, comme si les ouvertures avait été ouvertes par fusion (et en réalité, c'était bien le cas). Cependant, fait à puissance maximum il avait des bords grossiers et irréguliers, comme si le trou avait été obtenu par rupture et non par fusion. À première vue, Askaryan pensa que c'était la pression qui éliminait la partie de la lame de rasoir située au point lumineux, cependant, de simples estimations montrèrent que cette supposition était erronée.
G. A. Askaryan and E. M. Moroz éclaircirent ultérieurement le problème en l'expliquant ainsi. Le faisceau laser chauffe la surface métallique avec une telle intensité que la couche superficielle se vaporise avant que la chaleur ne pénètre les couches suivantes. La vapeur est éjectée de la surface. Ainsi, une force survient qui agit sur la partie de la surface située à l'intérieur du point ciblé. Cette force est numériquement égale au moment de vapeur éjectée pendant une unité de temps. C'est ainsi que la vapeur réagit sur la surface. Et dans le cas d'un laser puissant, cette réaction est tellement puissante que le métal au point de contact lumineux est déchiqueté. La réaction de la vapeur donne une pression supérieure de plusieurs ordres de grandeur à celle de la lumière. On utilise maintenant l'ablation par vaporisation pour la compression du combustible nucléaire dans le problème des réactions thermonucléaires contrôlées par induction laser.
Auto-focalisation des ondes L'une des plus brillantes découvertes d'Askaryan fit probablement l'auto-focalisation de la lumièreEffects of the Gradient of Strong Electromagnetic Beam on Electrons and Atoms (Effets du gradient d'un faisceau électromagnétique puissant sur les électrons et les atomes) : Askaryan GA, Soviet Physics JETP-USSR 15 (6): 1088-1090 1962Self-Focusing of a Light Beam Upon Excitation of Atoms And Molecules of Medium In Beam (Auto-focalisation d'un faisceau lumineux lors de l'excitation des atomes et des molécules du milieu situé dans le faisceau) : Askaryan GA, JETP LETTERS-USSR 4 (10): 270 1966Self-Focusing and Focusing of Ultrasound and Hypersound, Askaryan GA, JETP LETTERS-USSR 4 (4): 99& 1966. Dans un milieu avec une polarisation non linéaire du troisième ordre, l'indice de réfraction peut se représenter comme n = n0 + n2I, où n0 est l'indice de réfraction linéaire, n2 une constante optique caractérisant la force de la non-linéarité optique, et I, le profil d'intensité gaussienne du faisceau. Le phénomène d'auto-focalisation peut se produire si un faisceau de lumière avec une distribution d'intensité transverse non uniforme, par exemple un profil gaussien, se propage à travers un matériau dont la valeur de n2 est positiveNonlinear Optics (Optique non-linéaire) : Robert Boyd, Academic Press 1992. Si un faisceau de lumière puissant traverse un milieu ayant ce type de non-linéarité appelée non-linéarité Kerr, alors l'indice de réfraction du milieu à l'intérieur du faisceau est supérieur à celui situé à l'extérieur du faisceau. Si le champ électrique est suffisamment élevé, le faisceau crée alors un guide d'ondes diélectrique, qui réduit ou élimine la divergence du faisceau. Askaryan appela cet effet l'auto-focalisation. La découverte de ce phénomène ouvrit un nouveau chapitre de l'électronique et de l'optique non linéaires.
L'effet Askaryan L'effet Askaryan, prédit théoriquement par Askaryan en 1962, décrit un phénomène similaire à l'effet Tcherenkov, où une particule se déplaçant à une vitesse supérieure à celle de la lumière dans un milieu radio-transparent tel que le sel, la glace, ou le régolithe lunaire produit une averse secondaire de particules chargées contenant une anisotropie de charge, et émet de ce fait un cône de rayonnement cohérent dans la partie radio ou micro-onde du spectre. Ce phénomène est d'un intérêt primordial en ce qu'il utilise des matériaux bruts pour la détection de neutrinos d'ultra-haute énergie.
Autres Askaryan fut le premier à noter que les quelques premiers mètres en surface de la Lune, connus sous le nom de régolithe, constitueraient un milieu suffisamment transparent pour la détection des micro-ondes provenant des excès de charge des pluies de particules. La transparence radio du régolithe a depuis été confirmée par les missions Apollo..
Askaryan trouva également avec M. L. Levin une combinaison d'affichages électroluminescents auxiliaires à haute-fréquence qui assure la stabilité des paquets d'électrons lors des accélérations.
Travaux Gurgen Askaryan a rédigé plus de 200 articles tout au long de sa carrièreISI Web of Knowledge.
Askaryan GA, 'O GENERATSII RADIOVOLN MILLIMETROVOGO DIAPAZONA PRI PROKHOZHDENII ELEKTRONNOGO SGUSTKA CHEREZ TORMOZYASHCHUYU SREDU', ZHURNAL EKSPERIMENTALNOI I TEORETICHESKOI FIZIKI 27 (6): 761-761 1954 Askaryan GA, 'ACCELERATION OF CHARGED PARTICLES IN RUNNING OR STANDING ELECTROMAGNETIC WAVES', SOVIET PHYSICS JETP-USSR 9 (2): 430-430 1959