Le comportement collectif et la diffusion de la lumière
Le déplacement des photons dans un nuage de gaz dense ressemble à la trajectoire d'une petite balle jetée sur le plancher d'une salle de bal où des gens évoluent au son de la musique. Mais avec une différence fondamentale. Les photons sont des particules quantiques, et une diffusion collective conduit à des phénomènes très intéressants. Par exemple, ils peuvent être piégés dans de petites irrégularités du nuage de gaz. Des chercheurs du Brésil et d'Europe, financés par l'UE, se sont associés pour étudier ces phénomènes en bombardant par laser des gaz d'atomes dont la température était d'un millionième de degré au-dessus du zéro absolu. De tels nuages de gaz ultra froids sont des systèmes idéaux, car les chercheurs peuvent en contrôler la densité et l'organisation des atomes. Le projet COSCALI (Collective scattering of light) a commencé par étudier des gaz quantiques dans lesquels la lumière peut être diffusée dans le cadre d'une surémission. Le but était de comprendre le rôle de phénomènes quantiques dont la collectivité est augmentée en disposant les atomes dans une cavité en anneau de finesse élevée. Dans de tels réseaux optiques, les photons diffusés sont recyclés de nombreuses fois, ce qui renforce la durée d'interaction entre les atomes et la lumière. Cette ligne de recherche était motivée par la perspective d'atténuer les différences entre des condensats indépendants de Bose-Einstein. Ceci apporterait un mécanisme de rechargement pour les lasers atomiques. Ensuite, les chercheurs ont préparé par une nouvelle technique des nuages froids avec de très hautes densités, parfaits pour tester les effets d'interférence. Ils ont notamment étudié les effets du désordre dans les nuages. Ces travaux ont apporté des informations très utiles sur l'interaction entre la localisation de la lumière dans les atomes froids et la surémission. Les chercheurs de COSCALI ont appuyé toutes leurs expériences sur de solides bases théoriques. Ils ont ainsi conçu une description détaillée de la dynamique d'un système de plusieurs atomes piégé par un champ laser en résonance. À l'aide de ce modèle quantique, ils ont étudié la distribution du moment quantique, l'apparition d'intrications, et le renforcement de la surémission. L'association des travaux théoriques et expérimentaux a conduit à mieux comprendre comment la lumière interagit avec une collectivité d'atomes. De plus, le projet COSCALI a apporté l'occasion unique d'une coopération entre le Brésil et l'Europe sur la recherche de la diffusion de lumière, en soutenant l'échange à court terme de chercheurs.
Mots‑clés
Diffusion de la lumière, nuage de gaz dense, plasma, surémission, condensats de Bose-Einstein, laser atomique
