Louis Girard – Tech
Des chercheurs ont réussi à refroidir un nuage d’environ 20 000 atomes de rubidium-87 à une température équivalente record de 9,7 picokelvins à bord de la station spatiale chinoise Tiangong, selon DongA Science.
Cette mesure, publiée dans la revue Science, représente la température la plus basse jamais produite artificiellement par l’humanité pour un gaz quantique.
Le résultat surpasse largement les performances précédentes, se situant environ quatre fois plus bas que le plancher de 38 picokelvins obtenu par une expérience en tour de chute sur Terre, et environ cinq fois en dessous des 52 picokelvins enregistrés par le laboratoire d’atomes froids de la Station spatiale internationale, d’après DongA Science.
L’expérience a été menée au sein du rack de physique des atomes froids installé dans le module de laboratoire Mengtian de la station Tiangong, ainsi que le rapportent des chercheurs issus notamment de l’Université de Pékin et de l’Institut d’optique et de mécanique fine de Shanghai, rattaché à l’Académie des sciences de Chine, relayés par martincid.com.
Pour parvenir à ce niveau de refroidissement, l’équipe a d’abord piégé le rubidium à l’aide de faisceaux laser croisés formant un piège dipolaire optique.
En diminuant progressivement la puissance des lasers, les scientifiques ont appliqué un refroidissement par évaporation permettant aux atomes les plus énergétiques de s’échapper, ramenant ainsi un ensemble d’environ 23 000 atomes à 3,1 nanokelvins, avec près de 89 % des particules condensées dans le même état quantique, d’après DongA Science.
Les atomes ont ensuite été transférés vers un second piège optique de plus grande dimension, puis soumis à une décélération en deux étapes en réduisant doucement la force du piège pendant environ 1,175 seconde, autorisant l’expansion libre du nuage atomique, selon DongA Science.
En conditions terrestres, la gravité attire les atomes vers le bas lorsqu’on affaiblit le confinement, ce qui limite les durées d’observation et complique le maintien de gaz à de si basses énergies d’expansion, comme l’explique Interesting Engineering. La microgravité de l’orbite terrestre permet d’éviter cet obstacle.
Après l’extinction du second piège, les chercheurs ont suivi le nuage pendant sept secondes en le photographiant dans deux directions pour obtenir sa taille le long de trois axes spatiaux, d’après Thebrighterside. L’analyse de cette expansion libre a permis de calculer l’énergie cinétique associée et d’exprimer cette valeur en température équivalente, s’établissant à 9,7 picokelvins avec une incertitude comprise entre 7,0 et 12,9 picokelvins, selon Thebrighterside.
Ce condensat de Bose-Einstein offre une plateforme polyvalente pour la simulation quantique et les mesures de précision en orbite, ouvrant la voie à l’exploration de phases quantiques inhabituelles et de systèmes à plusieurs corps complexes, tel que le relaye Interesting Engineering.
Les auteurs de l’étude évoquent également la possibilité de concevoir un interféromètre atomique de type Mach-Zehnder basé dans l’espace, qui pourrait tirer parti de temps d’observation prolongés pour réaliser des tests de précision sur des principes fondamentaux, notamment le principe d’équivalence, d’après Interesting Engineering.
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