Pour la première fois, des atomes agissant comme des ondes quantiques capturés en haute résolution

Une équipe de chercheurs français a obtenu le cliché le plus détaillé d’atomes se comportant comme des ondes quantiques. Selon eux, l’approche utilisée pourrait permettre de faire la lumière sur des comportements quantiques exotiques.

L’équation de Schrödinger

Le fait que des particules comme les atomes puissent se comporter comme des ondes est un principe clé de la théorie quantique. L’une des formes spécifiques qu’ils peuvent adopter est connue sous le nom de « paquet d’ondes », semblables aux ondulations que l’on peut observer à la surface de l’eau, mais beaucoup plus ramassées.

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Pour prédire précisément comment un paquet d’ondes se propagera, les physiciens s’appuient sur une équation développée par Erwin Schrödinger, connu pour son fameux « chat ».

Récemment, Tarik Yefsah, de l’École normale supérieure de Paris, et ses collègues ont obtenu un aperçu sans précédent du comportement ondulatoire des atomes, en plaçant à l’intérieur d’une minuscule chambre à vide des particules de lithium, refroidis à une température proche du zéro absolu à l’aide de lasers et de champs magnétiques.

Single atoms captured morphing into quantum waves in startling image https://t.co/9I49gP4yFm

— New Scientist (@newscientist) April 26, 2024

Grâce à ces outils, l’équipe a pu disposer les atomes de façon qu’ils ne soient pas trop proches les uns des autres. Après s’être assurée que leur état quantique correspondait à celui prévu d’un paquet d’ondes, elle les a « relâchés » afin d’imager les changements intervenant, en utilisant une technique connue sous le nom de microscopie quantique des gaz.

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Des observations correspondant étroitement aux prédictions

Visible un peu plus haut, le cliché haute résolution obtenu montre des atomes individuels se comportant comme des particules. Lorsqu’ils se transforment en ondes, ces petits points rouges s’élargissent et s’allongent. Des observations correspondant étroitement aux prédictions de l’équation de Schrödinger.

Selon les auteurs de la nouvelle étude, pré-publiée sur le serveur arXiv, une telle approche pourrait être utilisée pour étudier des systèmes d’atomes en forte interaction.

Dans les cas les plus extrêmes, les images pourraient révéler des comportements d’ondes similaires à ceux de la matière quantique exotique à l’intérieur d’étoiles à neutrons massives, ou présente dans la « soupe primordiale » de particules qui existait juste avant le Big Bang.

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