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Des scientifiques ont fabriqué pour la première fois des condensats de Bose-Einstein dans l'espace
La création de la matière exotique sur la Station spatiale internationale est une prouesse technologique qui pourrait aider à percer de profonds mystères de la physique. 11 juin 2020
La cellule scientifique Cold Atom Lab. Les atomes près du plafond sont refroidis et transformés en condensat de Bose-Einstein. Nasa
À bord de la Station spatiale internationale depuis mai 2018 se trouve une installation de la taille d'un mini-réfrigérateur appelée Cold Atom Lab (CAL), capable de refroidir des atomes dans le vide jusqu'à des températures d'un dix milliardième de degré au-dessus du zéro absolu. C'est, à toutes fins utiles, l'un des endroits les plus froids de l'univers connu. Et selon un nouvelle étude publiée dans Nature , les scientifiques viennent de l'utiliser pour créer un état rare de la matière pour la première fois dans l'espace.
Les condensats de Bose-Einstein, parfois appelés le cinquième état de la matière, sont des nuages gazeux d'atomes qui cessent de se comporter comme des atomes individuels et commencent à se comporter comme un collectif. Les BEC, comme on les appelle souvent, ont été prédits pour la première fois par Albert Einstein et Satyendra Nath Bose il y a plus de 95 ans, mais ils ont été observés pour la première fois en laboratoire par des scientifiques il y a à peine 25 ans.
L'idée générale lors de la fabrication d'un BEC est d'injecter des atomes (dans le cas du CAL, du rubidium et du potassium) dans une chambre ultra-froide pour les ralentir. Un piège magnétique est ensuite créé dans la chambre avec une bobine électrifiée, qui est utilisée avec des lasers et d'autres outils pour déplacer les atomes dans un nuage dense. À ce stade, les atomes se confondent en quelque sorte, explique David Aveline, physicien au Jet Propulsion Laboratory de la NASA et auteur principal de la nouvelle étude.
Pour exécuter des expériences à l'aide d'un BEC, vous devez baisser ou relâcher le piège magnétique. Le nuage d'atomes encombrés s'étendra, ce qui est utile car les BEC doivent rester froids et les gaz ont tendance à se refroidir à mesure qu'ils se dilatent. Mais si les atomes d'un BEC s'éloignent trop, ils ne se comportent plus comme un condensat. C'est là que la microgravité de l'orbite terrestre basse entre en jeu. Si vous essayez d'augmenter le volume sur Terre, dit Aveline, la gravité tirera simplement les atomes au centre du nuage BEC vers le bas du piège jusqu'à ce qu'ils se répandent, déformant le condensat ou le détruisant entièrement. Mais en microgravité, les outils du CAL peuvent maintenir les atomes ensemble même lorsque le volume du piège augmente. Cela donne un condensat à vie plus longue, ce qui permet aux scientifiques de l'étudier plus longtemps qu'ils ne le pourraient sur Terre (cette démonstration initiale a duré 1,118 seconde, bien que l'objectif soit de pouvoir détecter le nuage jusqu'à 10 secondes).
David Aveline observe CAL lors d'essais environnementaux au Jet Propulsion Lab de la NASA avant le lancement.
Bien qu'il ne s'agisse que d'une première étape, l'expérience CAL pourrait un jour permettre aux BEC de former la base d'instruments ultra-sensibles qui détectent les signaux faibles de certains des phénomènes les plus mystérieux de l'univers, comme les ondes gravitationnelles et l'énergie noire. D'un point de vue plus pratique, Aveline pense que le travail de l'équipe pourrait ouvrir la voie à de meilleurs capteurs inertiels. Les applications vont des accéléromètres et sismomètres aux gyroscopes, dit-il.
En attendant, les chercheurs peuvent jouer avec CAL, qu'Aveline décrit comme un système de boutons à tourner, pour créer des conditions uniques pour expérimenter avec des atomes. L'équipe sait maintenant qu'elle peut créer des condensats de Bose-Einstein dans l'espace. La prochaine étape consiste à peaufiner les paramètres pour voir ce qui leur arrive lorsque les boutons sont tournés sur 11, pour ainsi dire.