Une expérience de gaz quantique crée la température la plus froide jamais enregistrée


Et c’était 38 trillionièmes de degré au-dessus du zéro absolu.

Des physiciens de l’université de Brême, en Allemagne, ont produit la température la plus froide jamais enregistrée, soit une mesure incroyablement précise de 38 trillionièmes de degré au-dessus du zéro absolu. Ils l’ont fait dans le cadre d’une expérience consistant à laisser tomber un gaz quantique et à ralentir son mouvement à l’aide d’aimants, explique un rapport du New Atlas.

Le zéro absolu, mesuré à -273,15 °C (-459,67 °F), est la température la plus froide possible sur l’échelle thermodynamique. Pour qu’un objet atteigne cette température, il faudrait que le mouvement atomique ou l’énergie cinétique de ses atomes soit nul, ce qui signifie qu’il est impossible pour les scientifiques d’atteindre réellement le zéro absolu. Toutefois, des expériences telles que celles menées à bord du laboratoire d’atomes froids de la station spatiale internationale ont atteint une température de 100 nanoKelvin, soit 100 millionièmes de degré au-dessus du zéro absolu.

La température la plus basse jamais enregistrée

L’équipe de l’université de Brême a toutefois battu les records précédents en enregistrant une température de 38 picoKelvin, soit 38 trillionièmes de degré au-dessus du zéro absolu, au cours de ses expériences. Dans un communiqué de presse, l’équipe explique que “lors de recherches sur les propriétés ondulatoires des atomes, l’un des ‘endroits les plus froids de l’univers’ [a été] créé pendant quelques secondes au Centre de technologie spatiale appliquée et de microgravité (ZARM) de l’université de Brême”.

Pour leurs expériences, l’équipe a piégé un nuage de gaz composé de 100 000 atomes de rubidium dans un champ magnétique dans une chambre à vide. Ce nuage a ensuite été refroidi pour le transformer en un gaz quantique appelé condensat de Bose-Einstein (BEC). Comme les gaz quantiques agissent de manière uniforme, comme s’ils n’étaient qu’un seul gros atome, les scientifiques les utilisent dans des expériences pour observer des effets quantiques inhabituels à l’échelle macro, en vue d’élargir leurs connaissances de la mécanique quantique.

Les futures expériences spatiales pourraient être inscrites dans les étoiles

Afin d’atteindre la température requise, les chercheurs ont lâché le BEC dans le centre de recherche de la Bremen Drop Tower. Tout en laissant tomber le gaz de 120 mètres le long de la tour, ils ont également activé et désactivé le champ magnétique contenant le gaz à plusieurs reprises. Lorsque le champ magnétique est désactivé, le gaz commence à se dilater et lorsqu’il est réactivé, il se contracte. La commutation ralentit l’expansion du gaz jusqu’à un arrêt presque complet, ce qui abaisse considérablement sa température en raison de la réduction de la vitesse moléculaire.

Les chercheurs n’ont pu maintenir la température record que pendant deux secondes, mais ils ont effectué des simulations suggérant qu’elle pourrait être maintenue pendant environ 17 secondes dans un environnement en apesanteur tel que la Station spatiale internationale. Dans l’espace, les scientifiques peuvent confiner les atomes en utilisant des forces beaucoup plus faibles, car ils n’ont pas besoin d’être soutenus par les effets de la gravité. Cela signifie que des recherches plus approfondies pourraient être menées dans le laboratoire d’atomes froids (CAL) de l’ISS, où des astronomes ont signalé l’année dernière la création d’un “cinquième état de la matière” lors d’expériences BEC. Le CAL a été transporté dans l’espace par une fusée SpaceX en 2018 et il a depuis été utilisé pour observer des phénomènes quantiques qui seraient indétectables sur Terre.

Lire aussi : Des physiciens ont pu observer la « discussion quantique » de deux atomes

Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche


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