Des physiciens créent un laser qui peut fonctionner "éternellement"

Une équipe de chercheurs néerlandais a annoncé avoir récemment surmonté un problème majeur des lasers à atomes, ayant permis la mise au point du tout premier dispositif « éternel ».

Un laser à atomes perpétuel

Contrairement aux lasers optiques ordinaires, les lasers à atomes sont créés à partir d’un condensat de Bose-Einstein (CBE), qui produit des faisceaux de matière. Pour obtenir ces derniers, les chercheurs refroidissent des nuages d’atomes une fraction seulement au-dessus du zéro absolu (−273,15 °C), qui se comportent alors essentiellement comme une seule et même entité physique.

Si les premiers dispositifs basés sur cette technologie ont été dévoilés il y a près de trois décennies, en raison de l’énorme quantité d’énergie nécessaire pour maintenir les atomes dans un état de surfusion, il n’avait jusqu’à présent été possible de les faire fonctionner que pendant une courte période.

« Dans les expériences précédentes, le refroidissement progressif des atomes se faisait en un seul endroit », détaille Florian Schrek, chercheur à l’université d’Amsterdam et auteur principal de la nouvelle étude, parue dans la revue Nature. « Dans notre configuration, nous avons décidé d’étaler les étapes de refroidissement non pas dans le temps, mais dans l’espace. »

L’approche mise au point par les chercheurs néerlandais implique le déplacement constant des atomes durant les différentes étapes de refroidissement et l’injection régulière de nouvelles particules. « Les atomes ultra-froids finissent par se retrouver au cœur de l’expérience et forment des ondes de matière cohérentes », explique Schrek. « Pendant qu’ils sont utilisés, de nouveaux atomes sont déjà en route pour reconstituer le CBE. De cette façon, le processus peut se poursuivre éternellement. »

D’importantes implications (et applications)

L’étendue des applications possibles pour un laser optique étant inconnue lors de son invention dans les années 1950, les auteurs de l’étude estiment qu’il pourrait en être de même pour les lasers à atomes.

Si certains scientifiques espèrent qu’ils déclencheront une révolution similaire dans le domaine de l’optique atomique (en améliorant par exemple la précision des horloges et d’autres mesures fondamentales), de tels dispositifs pourraient également être utilisés pour créer des images holographiques à ultra-haute résolution qui rendraient la réalité augmentée ou virtuelle indiscernable de la réalité.

Pour l’équipe néerlandaise, la prochaine étape consistera à utiliser ce laser à atomes « perpétuel » pour obtenir un faisceau de sortie de matière stable qui éliminerait tout obstacle à ses potentielles applications techniques.

Par Yann Contegat, le 28 juin 2022