Des physiciens refroidissent de grosses molécules à une température record

En parvenant à refroidir des molécules constituées de quatre atomes une centaine de milliardièmes de degré seulement au-dessus du zéro absolu, une équipe de physiciens a établi un nouveau record.

Molécules ultrafroides

Si l’utilisation de lasers et de champs magnétiques permet d’immobiliser (et donc de refroidir) efficacement les atomes individuels, il s’agit d’une tout autre paire de manches dans le cas de molécules, dont les différents constituants sont davantage susceptibles de bouger et de générer de la chaleur.

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Récemment, Xin-Yu Luo, de l’Institut Max Planck d’optique quantique, et ses collègues sont parvenus à atteindre une température record avec des molécules de quatre atomes.

Détaillés dans la revue Nature, leurs travaux ont dans un premier temps impliqué le confinement de milliers de molécules composées d’un atome de sodium et de potassium dans une chambre à vide. Grâce à des faisceaux lumineux et des champs magnétiques, l’équipe a pu ralentir suffisamment leur mouvement pour qu’elles atteignent une température de 97 milliardièmes de kelvin (le zéro absolu correspondant à 0 kelvin) seulement.

Physicists are breaking records when it comes to what we can do with molecules are extremely low temperatures and the secret ingredient seems to be microwaves, on such record breaking story is my latest for @newscientist https://t.co/4E3p2jwTvH

— Karmela Padavic-Callaghan (they/them) (@kpcallaghan_) February 1, 2024

Les paires ont ensuite été liées deux par deux à l’aide de champs de micro-ondes, dont les fréquences, générant une « excitation » minimale, étaient basées sur les calculs théoriques de deux scientifiques de l’Académie chinoise des sciences. Les mesures réalisées par l’équipe ont montré que leur température ne dépassait pas 134 milliardièmes de kelvin. Une première pour des molécules aussi complexes.

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Faciliter l’étude des réactions chimiques complexes

Selon Luo, la création de molécules ultrafroides constitue une étape nécessaire pour étudier en détail les réactions chimiques complexes, qui sont significativement ralenties.

« Il s’agit d’un jalon important », commente John Bohn, de l’université du Colorado. « À de telles températures, ces molécules entrent dans un état quantique particulier, et peuvent être plus facilement contrôlées. »

À noter qu’en septembre 2021, des physiciens allemands avaient obtenu la température la plus froide jamais enregistrée : 38 picokelvins, soit 38 billionièmes de degré au-dessus du zéro absolu.

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