Recently, it has become possible to make light sources
which get around this effect by making all the atoms
emit together in time. The device which does this is a very
complicated thing, and has to be understood
in a quantum mechanical way. It is called a Laser.
Richard Feynman (1961)
Imaginez la scène. Vous êtes sur des patins à roulettes, en train de foncer tout droit. Soudain, vous apercevez un pompier en face de vous. Oui, un pompier, et vous êtes en train d'aller droit vers lui. Vous vous rapprochez, et vous vous rendez compte que celui ci tient dans sa main une lance d'incendie, et alors que vous arrivez a portée de lance, il décide de l'allumer à plein puissance! Ca vous ralentit n'est ce pas? Et après avoir été ralentit vous êtes même propulsés en arrière. Seulement derrière vous, il y a un autre pompier avec une autre lance allumée, et même dans toute les directions, d'autres pompiers vous arrosent à pleine puissance.
Voilà ce que doivent ressentir les atomes quand on les refroidit dans nos expériences, l'eau et les patins à roulette en moins, les lasers en plus. Et ça marche tellement bien que l'on se retrouve avec des atomes ayant une température égale à 100 micro kelvin, ou encore à un dix millième de degré au dessus du zéro absolu! Mais ce n'est pas encore assez froid pour nous, il faudra encore refroidir en utilisant trois méthodes différentes pour atteindre une température suffisamment basse.
Des atomes froids et piégés par des champs magnétiquesEt si l'on veut des températures assez basses, c'est qu'à un certain niveau les atomes se comportent d'une manière toute à fait surprenante. Comme le décrit bien la mécanique quantique, les bosons ont un instinct grégaire, et s'autorisent à exister dans le même état. Dans la réalité de notre expérience, un certain nombre de bosons, mis dans une boîte, va se repartir dans tous les états disponibles, ayant chacun une énergie différente (avec un spin comme si ou comme ça, avec des électrons comme si ou comme ça). L'état fondamental étant toujours un peu plus peuplé que les états excités car il a une énergie plus faible et il est donc plus probable qu'un boson, feignant comme tout un chacun, se décide de se mettre dans cet état fondamental.
Or, plus on refroidit, moins il y a de place dans les niveau excités, et arrive un moment où il y a plus d'atomes que de place disponible dans les états excites. Tous les atomes restant doivent se mettre par défaut dans l'état fondamental, qui lui peut accueillir un nombre infini de particules, et on obtient alors un nuage avec la plupart des atomes dans cet état fondamental. C'est ça un condensat de Bose Einstein. L'important ici n'étant pas que l'état soit fondamental, mais que tous les atomes soient dans le même état. Et même état veut dire "Exactement" même état. Ce n'est pas juste des atomes qui se ressemblent comme des jumeaux, parce que des jumeaux, on peut leur dire : " toi tu t'appelleras X, et toi tu t'appelleras Y" ou encore " Toi tu te mettras a gauche et toi tu mettras a droite". Ici ils sont plusieurs mais sont totalement inséparables. Et ça c'est beau.
Un Condensat de Bose Einstein de la semaine dernière, pour de vrai! Une fois que l'on dispose de ces "objets" physiques très particuliers, on peut les étudier de diverses manières. Une des principales occupations est de vérifier que tout ce que prédit la théorie issue de la mécanique quantique est effectivement vrai, et de constater à quel point ça marche bien! Mais on peut aussi imaginer des configurations pour réaliser des calculs d'information quantique. Ca c'est ce que l'on fait, et mon stage est en plein là dedans.