La superfluidité dans des mélanges de gaz ultra-froids
On sait que l'agitation des atomes et des molécules augmente avec la température, et inversement, elle diminue jusqu'à quasiment s'arrêter à l'approche du zéro absolu. Les comportements peuvent devenir très corrélés. Les atomes semblent fusionner et perdre leur individualité, se comportant moins comme des particules et davantage comme des ondes de matière. Ils peuvent conduire à des états très exotiques de la matière quantique, comme la superfluidité ou la supraconductivité. Le projet ATOMIC MIXTURES financé par l'UE a étudié des problèmes fondamentaux dans des mélanges de gaz atomiques. Ces problèmes sont plus faciles à résoudre lorsque les mélanges sont refroidis et dominés par les effets de la mécanique quantique. Les scientifiques ont étudié les interactions dans ces systèmes quantiques à nombreux corps, fortement corrélés, mettant l'accent sur les phases superfluides et supersolides. Les chercheurs ont étudié des mélanges de gaz Fermi-Fermi et Bose-Bose, des mélanges d'atomes lourds et légers, et des gaz de molécules à plusieurs atomes (au contraire de l'hydrogène moléculaire, H2). L'une des caractéristiques, différenciant les gaz dans leur état de base (de plus basse énergie, non excité) et le diagramme des phases à l'état non excité, a apporté d'importantes informations. Le diagramme des phases à l'état non excité, pour des gaz de Fermi uniformes à couplage spin-orbite, comporte des phases exotiques superfluides qui pourraient être intéressantes pour l'informatique quantique tolérante aux pannes. L'un des résultats les plus importants a montré que quand l'interaction avec le plus proche voisin devient assez forte, la phase supersolide devient bien plus importante. Les prévisions ont été récemment confirmées via des simulations Monte Carlo quantiques, numériquement exactes, ouvrant une voie prometteuse vers la première concrétisation d'une phase supersolide. L'étude du diagramme des phases à l'état non excité, pour des gaz binaires à particules appariées, a montré une phase exotique superfluide «tordue» jusqu'alors inconnue. Enfin, les travaux sur des superfluides de fermions ultra-froids, en présence de champs magnétiques, ont apporté de nouvelles informations sur les transitions de phases superfluides. Les progrès ont été impressionnants, conduisant à 18 publications dans de prestigieuses revues à comité de lecture, et à deux publications dans les magazines de l'université coordinatrice. Récemment, les gaz ultra-froids ont connu une croissance explosive des activités de recherche, car il représente un banc de test idéal pour les phénomènes quantiques. Le projet ATOMIC MIXTURES a apporté une contribution majeure à un domaine qui ouvre une nouvelle fenêtre sur le monde.
Mots‑clés
Superfluidité, températures extrêmement basses, matière quantique, gaz d'atomes, Fermi, Bose
