Sciences.Energies.Environnement/Le Monde selon la physique/ Semaine 24 p3

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« JUNE 11, 2020

Quantum 'fifth state of matter' observed in space for first time

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Le cinquième état de la matière quantique observé pour la première fois dans l'espace

par Patrick Galey

PHOTO/Une équipe de scientifiques de la NASA a dévoilé les premiers résultats des expériences sur les condensats de Bose-Einstein à bord de la Station spatiale internationale, où les particules peuvent être manipulées sans les contraintes de la gravité  terrestre

 

Les scientifiques ont observé pour la première fois le cinquième état de la matière dans l'espace, offrant des informations sans précédent qui pourraient aider à résoudre certaines des énigmes les plus difficiles  de l'univers quantique, : c’est ce qu’ont  montré les recherches jeudi.

Les condensats de Bose-Einstein (BEC) - dont l'existence avait été prédite par Albert Einstein et le mathématicien indien Satyendra Nath Bose il y a près d'un siècle - se forment lorsque les atomes de certains éléments sont refroidis à un niveau proche du zéro absolu (0 Kelvin, moins 273,15 degrés Celsius).

À ce stade, les atomes deviennent une entité unique avec des propriétés quantiques, dans laquelle chaque particule fonctionne également comme une onde de matière.

Les BEC chevauchent la ligne entre le monde macroscopique gouverné par des forces telles que la gravité et le plan microscopique, gouverné par la mécanique quantique.

Les scientifiques pensent que les BEC présentent  des indices  capitaux  sur des phénomènes mystérieux tels que l'énergie sombre - l'énergie inconnue qui serait à l'origine de l'expansion accélérée de l'Univers.

Mais les BEC sont extrêmement fragiles. La moindre interaction avec le monde extérieur suffit à les réchauffer au-delà de leur seuil de condensation.

Cela les rend presque impossibles pour les scientifiques à 'étudier sur Terre, où la gravité interfère avec les champs magnétiques nécessaires pour les maintenir en  bonne place  lors de leur observation.

Jeudi, une équipe de scientifiques de la NASA a dévoilé les premiers résultats des expériences BEC à bord de la Station spatiale internationale,  là où les particules peuvent être manipulées sans contraintes terrestres.

"La microgravité nous permet de confiner les atomes avec des forces beaucoup plus faibles, car nous n'avons pas à les  maintenir  contre la gravité", a déclaré à l'AFP Robert Thompson, du California Institute of Technology, Pasadena.

La recherche publiée dans la revue Nature documente plusieurs différences surprenantes dans les propriétés des BEC créés sur Terre et ceux à bord de l'ISS.

D'une part, les BEC dans les laboratoires terrestres durent généralement quelques millisecondes avant de se dissiper.À bord de l'ISS, les BEC ont duré plus d'une seconde, offrant à l'équipe une chance sans précédent d'étudier leurs propriétés.

La microgravité a également permis aux atomes d'être manipulés par des champs magnétiques plus faibles, accélérant leur refroidissement et permettant une imagerie plus claire.

Créer ce cinquième état de la matière, en particulier dans les limites physiques d'une station spatiale, n'est pas une mince affaire.

Premièrement, les bosons - des particules qui ont un nombre égal de protons et d'électrons - sont refroidis à un zéro presque absolu à l'aide de lasers pour les fixer en place.Plus les atomes se déplacent lentement, plus ils deviennent froids.

Lorsqu'elles ont perdu assez  de chaleur, un champ magnétique est introduit pour les empêcher de bouger et l'onde de chaque particule se dilate. Entasser de nombreux bosons dans un «piège» microscopique qui fait que leurs ondes se chevauchent en une seule onde de matière, une propriété connue sous le nom de dégénérescence quantique.

Mais sur Terre à  la seconde où le piège magnétique est libéré  ,afin que les scientifiques puissent étudier  le condensat, les atomes commencent  à se repousser, entraînant le nuage à se séparer et le BEC devient trop dilué pour être  même détectable ……

Thompson et l'équipe ont  donc réalisé que la microgravité à bord de l'ISS leur permettrait  de créer des BEC à partir de rubidium - un métal mou semblable au potassium - sur un piège beaucoup moins profond que sur Terre. Cela explique le temps considérablement augmenté pendant lequel le condensat a pu être étudié avant de diffuser.

"Plus important encore, nous pouvons observer les atomes alors qu'ils flottent entièrement non confinés (et donc non perturbés) par des forces externes", a déclaré Thompson.

Des études antérieures tentant d'émuler l'effet de l'apesanteur sur les BEC utilisaient des avions en chute libre, des roquettes et même des appareils tombant de différentes hauteurs !

Le chef de l'équipe de recherche David Aveline a déclaré à l'AFP que l'étude des BEC en microgravité ouvrait de nombreuses opportunités de recherche.

"Les applications vont des tests de relativité générale et des recherches sur l'énergie sombre et les ondes gravitationnelles à la navigation et à la prospection de vaisseaux spatiaux pour les minéraux souterrains sur la lune et d'autres corps planétaires", a-t-il déclaré.

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Looking for dark matter with the Universe's coldest material

More information: David C. Aveline et al. Observation of Bose–Einstein condensates in an Earth-orbiting research lab, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2346-1

Maike D. Lachmann et al. Quantum matter orbits Earth, Nature (2020). DOI: 10.1038/d41586-020-01653-6

Journal information: Nature

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 Mes commentaires

Je crois avoir déjà indiqué à mes lecteurs   que la représentation que l’on pourrait se donner  à notre échelle  d un   BEC  serait le defilè le 14 juillet d un régiment de clones  humain   , se déplaçant  au strict  même pas cadencé, pour tous !!

 En 3 D illimité, ce serait une sorte de  « super mono boson géant « !!!!

 Bien entendu l’astuce de la manip  de Aveline est de réaliser le montage  du défilé  dans l’espace  où ne subsiste plus  que l’attraction solaire  plus lointaine  donc d’obtenir un BEC étudiable car   de durée de vie bien plus longue….