Étudier les systèmes fortement corrélés
Les gaz d'atomes ultra froids sont parfaits pour explorer la physique quantique de systèmes à nombreux corps, ainsi que pour étudier la matière et des phénomènes quantiques exotiques. Le projet CORYGAS («Strongly correlated ultracold Rydberg gases»), financé par l'UE, a utilisé les propriétés extraordinaires d'atomes de Rydberg fortement excités, dans des gaz denses d'atomes, pour explorer la physique de nombreux corps fortement corrélés. Pour créer des atomes de Rydberg, les scientifiques illuminent avec un laser un gaz dense d'atomes refroidis. L'excitation conduit ces atomes dans l'état de Rydberg, où ils interagissent fortement entre eux, ce qui aboutit à des corrélations spatiales. Les scientifiques ont observé des polaritons se propageant dans le gaz d'atomes ultra froids excités, couplés à une résonance de transparence induite de manière électromagnétique. Les fortes interactions à longue portée entre les excitations de Rydberg ont conduit au blocage des polaritons, résultant en d'importantes non-linéarités optiques et modifiant les statistiques du nombre de polaritons. L'équipe a associé l'imagerie optique et la détection haute fidélité des polaritons de Rydberg pour étudier ce système couplé lumière-atomes. Ces techniques ont grandement facilité l'observation du transport d'énergie. Les statistiques complètes de décompte ont apporté des informations importantes sur les systèmes de Rydberg à nombreux corps en interaction. Il s'agit notamment des mécanismes de formation des corrélations dans ces systèmes. Les scientifiques ont formé par croissance séquentielle des systèmes corrélés composés de quelques excitations (des agrégats). Ces excitations interagissaient entre elles pour compenser le désaccordage du laser. En outre, les scientifiques ont observé l'évolution soudaine et spontanée, vers un plasma ultra froid, d'un gaz initialement corrélé d'atomes de Rydberg en interactions répulsives. Les interactions Rydberg-Rydberg affectaient fortement la dynamique de la formation du plasma. Le projet CORYGAS a montré que les interactions de Rydberg dans des gaz ultra froids facilitent l'étude de nouvelles phases de la matière à nombreux corps fortement corrélés, apportant un nouvel éclairage à des mécanismes auto-organisés. Il ouvre un domaine d'études très prometteur pour étudier les états intriqués des atomes, ce qui pourrait trouver de nombreuses applications dans les systèmes d'information quantique.
Mots‑clés
Système corrélé, laser, gaz d'atomes ultra froids, système à nombreux corps, atome de Rydberg, désaccordage, plasma
