Une découverte révolutionnaire sur le chaos quantique dans les gaz ultrafroids
Un laboratoire spécialisé de l'université d'Innsbruck a découvert le comportement chaotique des atomes d'un gaz ultrafroid. Cette découverte révolutionnaire pourrait aider les physiciens à mieux comprendre le monde de la mécanique quantique. Dans un délai relativement court, l'étude des gaz ultrafroids est devenue l'un des domaines les plus intéressants et potentiellement les plus importants de la physique des atomes et des molécules. En effet, dans un monde ultrafroid, les scientifiques peuvent contrôler les atomes et les observer avec une facilité impossible dans d'autres conditions. Lorsque la température se mesure en micro-kelvins, voire en nano-kelvins (quelques millionièmes ou milliardièmes au-dessus du zéro absolu), les atomes se déplacent très lentement et leur comportement évolue. Les physiciens peuvent ainsi mieux comprendre la physique quantique (par exemple ce qui se passe à une échelle nanométrique ou subatomique). De fait, lorsque la température est assez basse, les atomes forment un nouvel état de la matière, gouverné par la mécanique quantique. L'institut de physique expérimentale de l'université d'Innsbruck dispose de l'un de ces laboratoires des milieux ultrafroids. Les recherches conduites dans ce laboratoire, avec le financement du projet ERBIUM du 7e PC, ont abouti à une découverte révolutionnaire, celle d'un comportement chaotique des particules d'un gaz quantique. Cette découverte est considérable car elle ouvre de nouvelles possibilités pour observer les interactions entre des particules quantiques. «Pour la première fois, nous avons constaté un chaos quantique lors de la diffusion d'atomes ultrafroids», déclare Francesca Ferlaino, qui dirige l'équipe. «Ce résultat est un tournant dans le domaine des gaz ultrafroids.» Observer un comportement aléatoire Pour un physicien, le chaos n'est pas synonyme de désordre. Il caractérise plutôt un système bien ordonné mais qui, à cause de sa complexité, exhibe un comportement aléatoire. Pour observer un tel chaos quantique, les physiciens à Innsbruck ont refroidi à quelques centaines de nano-kelvins des atomes d'erbium (un métal blanc argenté), et les ont chargés dans un piège constitué de faisceaux laser. Ils ont ensuite utilisé un champ magnétique pour inciter les particules à se disperser, et ont mesuré après 400 millisecondes le nombre d'atomes restant dans le piège. Les chercheurs ont ainsi pu déterminer pour quelle valeur du champ magnétique deux atomes restaient couplés pour former une molécule faiblement liée. C'est pour ce champ magnétique qu'apparaît la résonance Fano-Feshbach. Les physiciens ont fait varier le champ magnétique pour chaque cycle expérimental. Ils ont répété 14000 fois l'expérience et détecté 200 résonances, un nombre sans précédent pour des gaz quantiques ultrafroids. Les scientifiques ont pu montrer que les propriétés particulières de l'erbium entraînaient un comportement de couplage très complexe entre les particules, susceptible d'être décrit comme chaotique. L'erbium est un élément relativement lourd et très magnétique, aussi l'interaction entre deux atomes d'erbium s'est avéré notablement différente de celle constatée pour les autres gaz quantiques étudiés jusqu'ici. L'expérience n'a pu caractériser le comportement d'atomes isolés, mais elle a permis à l'équipe de décrire le comportement de particules, via des méthodes statistiques complexes. Ferlaino compare cette méthode à la sociologie, qui étudie le comportement de vastes communautés (alors que la psychologie décrit les relations entre des individus). Les résultats ont été publiés dans la revue Nature. «Dans l'expérience, un gaz ultrafroid d'erbium montre de nombreuses résonances Fano-Feshbach», commente l'équipe dans son résumé. «L'analyse confirme que la distribution de la distance des plus proches voisins est ce que l'on attend de la théorie des matrices aléatoires nos résultats révèlent donc un comportement chaotique dans l'interaction entre les atomes ultrafroids.»Pour de plus amples informations, veuillez consulter: Institut de physique expérimentale de l'université d'Innsbruck http://www.ultracold.at/
Pays
Autriche