en juillet 2018, la NASA a annoncé une réalisation incroyable. Ils avaient créé l’endroit le plus froid de l’espace – juste là sur la Station spatiale internationale, en orbite autour de la Terre.
ils ont pris des atomes d’un métal mou appelé rubidium, et les ont refroidis à des températures autour de 100 nanoKelvin – un dix millionième de Kelvin au-dessus du zéro absolu.,
Il en est résulté un nuage super froid appelé condensat de Bose-Einstein, le « cinquième » État exotique de la matière, et qui pourrait nous aider à comprendre les propriétés quantiques étranges des atomes ultra-froids. Mais la recherche ne s’est pas arrêtée là.
En utilisant le Cold Atom Laboratory du Jet Propulsion Laboratory, les scientifiques ont ensuite produit des condensats de Bose-Einstein à moins d’un nanoKelvin au – dessus du zéro absolu-exploitant les conditions de microgravité à bord de la station spatiale pour en savoir plus sur cet état que sur Terre.,
les condensats de Bose-Einstein sont assez étranges. Ils sont formés à partir de bosons refroidis à une fraction au-dessus du zéro absolu (mais n’atteignant pas le zéro absolu, à quel point les atomes cessent de bouger). Cela les fait sombrer dans leur état de plus basse énergie, se déplaçant extrêmement lentement et se rapprochant suffisamment pour se chevaucher – produisant un nuage d’atomes à haute densité qui agit comme un « super atome » ou une onde de matière.,
parce que la mécanique quantique – dans laquelle chaque particule peut être décrite comme une onde – est plus facile à observer à l’échelle atomique, les condensats de Bose-Einstein permettent aux scientifiques d’étudier le comportement quantique à une échelle beaucoup plus grande, au lieu d’essayer d’étudier des atomes individuels.
les condensats de Bose-Einstein peuvent être créés ici sur Terre, en utilisant une combinaison de refroidissement laser, de champs magnétiques et de refroidissement par évaporation., Cette dernière technique est la dernière étape – les atomes sont maintenus dans un piège magnétique, et le rayonnement radiofréquence est utilisé pour « évaporer » les particules les plus énergétiques, laissant les particules froides et lentes derrière pour former le condensat.
une Fois que cela se produit, le piège s’est éteint, et les scientifiques peuvent effectuer des expériences. Mais ils doivent agir rapidement-la force répulsive naturelle entre les atomes entraînera l’expansion et la dissipation du nuage. Gravité, ce processus se produit assez rapidement, quelques dizaines de millisecondes.,
avec les effets de la gravité neutralisés en chute libre, cependant, vous pouvez faire un condensat de Bose-Einstein qui peut durer plus d’une seconde.
de plus, l’impact réduit de la gravité signifie que le condensat peut se former dans une cuvette moins profonde. Cela a fourni aux chercheurs une meilleure fenêtre pour observer le nuage, à la fois avant et brièvement après sa libération.
c’est ce que les chercheurs ont réalisé avec le Cold Atom Laboratory – mais lorsqu’ils ont sondé les condensats qu’ils ont produits, ils ont trouvé des effets qui ne peuvent pas se produire dans la gravité terrestre.,
« Nous constatons que la radiofréquence induite par le refroidissement par évaporation révèle des résultats sensiblement différents en microgravité, » écrivent-ils dans leur papier.
« Nous observons une orbite augmentation du nombre des atomes de près de trois fois. Grâce à l’application de gradients de champ magnétique variés, nous confirmons qu’environ la moitié des atomes sont dans l’état magnétiquement insensible |2, 0⟩, formant un nuage de type halo autour de l’emplacement du piège magnétique., »
sur Terre, la gravité est la force dominante agissant sur ces atomes, les retirant du piège.
dans l’espace, pouvoir regarder de plus près le condensat a révélé un halo d’atomes de rubidium lâches planant autour des bords du nuage. Grâce à la façon dont le matériau a été refroidi, ces atomes ont à peine prêté attention au piège magnétique.
La Gravité les tirerait généralement de côté, du moins sur Terre. Mais en chute libre, ils se sont accrochés, fournissant une ressource ultracold potentiellement utile pour une étude future.,
la possibilité de produire des condensats de Bose-Einstein plus froids et plus durables signifie également que nous pouvons commencer à réfléchir à d’autres façons de les étudier. Par exemple, des formes de pièges impossibles sur Terre pourraient être créées pour voir si différents comportements quantiques peuvent être observés.
Les propriétés d’onde des condensats de Bose-Einstein sont également potentiellement utiles pour les interféromètres atomiques, qui peuvent être utilisés pour mesurer les constantes physiques fondamentales.,
« Nous avons utilisé les capacités de base de CAL en orbite terrestre basse pour démontrer les avantages immédiats et fondamentaux de la microgravité pour les expériences d’atomes ultracold… Ces expériences constituent le début d’années potentiellement d’opérations scientifiques, avec des capacités supplémentaires de l’instrument à utiliser au fil du temps », écrivent les chercheurs dans leur article.
« Les futures mises à niveau modulaires de L’instrument CAL sont disponibles pour des études de mission étendues, y compris un module scientifique construit par JPL avec un interféromètre à ondes atomiques., De plus, les charges utiles pour les missions de suivi sont en phase de proposition et de développement, assurant la présence et l’application continues d’atomes ultracold en orbite. »
La recherche a été publiée dans Nature.
