Des physiciens réunissent pour la 1ère fois des milliers de molécules dans un seul état quantique

C’est une importante percée scientifique. Des chercheurs américains sont parvenus à créer un nuage gelé de molécules partageant le même état quantique, et se comportant par conséquent comme un seul et même objet.

Un nouveau niveau de physique quantique

Décrit dans la revue Nature, le condensat de Bose-Einstein (CBE) a été formé par Cheng Chin et ses collègues de l’université de Chicago à partir de milliers de molécules de césium et a impliqué l’utilisation de lasers pour les décharger de leur énergie et les refroidir à un niveau proche du zéro absolu (-273,15 °C). Selon l’équipe, un tel arrangement offre un cadre idéal pour des expériences qui pourraient déboucher sur la création de nouveaux matériaux.

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Composés de particules partageant les mêmes propriétés quantiques, les CBE sont souvent considérés comme le cinquième état de la matière (après les solides, liquides, gaz et plasmas). Selon Chin, il s’agit d’une condition idéale pour la réalisation d’expériences, car elle élimine de nombreuses variables. « Elles fonctionnent toutes de la même manière et s’apparentent à une sorte de molécule géante », souligne le chercheur.

Bien que les chercheurs créent des CBE à partir d’atomes depuis les années 1990, parvenir à refroidir des molécules jusqu’à cet état quantique extrême constituait jusqu’à récemment un véritable défi.

Pour ces nouvelles recherches, l’équipe a adopté une approche différente, impliquant au départ une seule couche d’atomes, exposés à un champ magnétique afin d’inciter les paires à former des molécules restant stables à seulement 10 nanokelvins, soit une fraction au-dessus du zéro absolu. Afin de maintenir ces dernières en place sous forme de feuilles atomiques bidimensionnelles, un puissant faisceau laser a été utilisé.

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Des matériaux aux propriétés inédites

Selon Peter Krüger, de l’université du Sussex, une telle percée permet d’envisager de nouvelles recherches susceptibles de conduire à la création de matériaux aux propriétés particulièrement intéressantes, notamment des supraconducteurs (ne présentant aucune résistance électrique) capables de fonctionner à température ambiante, et non à des températures extrêmement basses, comme c’est actuellement le cas.

« Les CBE impliquant des atomes existent depuis 25 ans environ, mais le niveau de complexité atteint ici se révèle beaucoup plus élevé », estime le scientifique. « C’est un outil formidable pour appréhender un nouveau niveau de physique quantique et réaliser des expériences qui pourraient à terme permettre de créer de nouveaux dispositifs beaucoup plus efficaces. »

Le mois dernier, des chercheurs du CERN étaient de leur côté parvenus à refroidir pour la première fois de l’antimatière à l’aide de lasers. Une étape importante qui pourrait permettre de percer certains des secrets de cette substance étrange.

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