Mieux comprendre le comportement des gaz ultrafroids Des chercheurs financés par l'UE ont fait des progrès importants grâce à la technologie innovante et une expérimentation en matière de compréhension du comportement des gaz ultrafroids. Énergie © Thinkstock Chaque électron des éléments atomiques possède normalement certaines énergies appelées niveaux d'énergie de mécanique quantique. Cependant, à très basse températures (près du zéro absolu où tous les mouvements moléculaires s'arrêtent), les atomes de quelques éléments (gaz de boson) montrent seulement leur état d'énergie quantique le plus faible, un processus appelé condensation de Bose-Einstein. Ces atomes ultrafroids bosoniques (les condensats de Bose-Einstein ou CBE) sont indifférenciables et forment une entité de mécanique quantique unique. Les atomes fermioniques ne peuvent coexister dans le même état d'énergie quantique (ils sont gouvernés par le principe d'exclusion de Pauli). Ainsi, les deux catégories principales de toutes les particules de l'univers, à savoir les bosons et les fermions, se distinguent de par leurs états de spin relatifs, ou moments angulaires. L'hélium présente des isotopes bosoniques et fermioniques stables qui peuvent être refroidis à une dégénérescence quantique dans un état excité métastable. En outre, les expériences ont montré les similarités entre les atomes de bosons ultrafroids et les photons de lumière. En fait, lorsqu'un gaz refroidi (qu'il soit bosonique ou fermionique) atteint la dégénérescence quantique, ces atomes individuels ne se comportent plus comme des particules à point mais plutôt comme des vagues. L'hélium métastable ultrafroid est donc un excellent système dans lequel étudier le chevauchement entre les domaines des gaz atomiques ultrafroids, de l'optique quantique et de la matière condensée. Des chercheurs européens soutenus au titre du projet Bosefermihe («Ultracold Bose-Fermi mixtures of metastable helium») ont tenté de détecter et d'étudier les atomes d'hélium ultrafroids métastables afin de mieux évaluer la dégénérescence quantique. Les chercheurs ont modifié les précédentes installations et ont mené des expériences révélant des distributions surprenantes des moments relatifs des paires d'atomes. L'équipe de Bosefermihe a également développé le premier piège laser à hélium métastable au monde pour refroidir les atomes en une dégénérescence quantique indépendamment de leur état de spin. Cette technologie a permis aux chercheurs de réaliser leurs premières mesures des pertes dépendant du spin pour l'hélium métastable. Des développements technologiques innovants et divers expériences sur les atomes d'hélium métastables ultrafroids ont permis de faire des observations importantes et de publier des résultats sur les gaz quantiques dégénérés, ce qui permet de placer l'UE comme leader dans ce domaine hautement compétitif présentant un grand potentiel pour des applications futures dans des horloges atomiques et pour la supraconductivité.
