Ma traduction de ce jour est d’un grand interet industriel futur :’’
‘’Physicists
build an atom laser that can stay on forever’’
by University of Amsterdam
XXX
Des physiciens construisent un laser
à atomes qui peut rester allumé indéfiniment
par l'Université d'Amsterdam
La partie centrale de l'expérience
dans laquelle les ondes de matière cohérentes sont créées. De nouveaux atomes
(bleus) tombent et se dirigent vers le condensat de Bose-Einstein au centre. En
réalité, les atomes ne sont pas visibles à l'œil nu. Crédit : Scixel.
Les lasers produisent des ondes
lumineuses cohérentes : Toute la lumière à l'intérieur d'un laser vibre
complètement en synchronisation. Pendant ce temps, la mécanique quantique nous
dit que les particules comme les atomes doivent également être considérées
comme des ondes. En conséquence, nous pouvons construire des "lasers à
atomes" contenant des ondes cohérentes de matière. Mais peut-on faire
durer ces ondes de matière, pour qu'elles puissent être utilisées dans des
applications ? Dans une recherche publiée dans Nature cette semaine, une équipe
de physiciens d'Amsterdam montre que la réponse à cette question est
affirmative.
Faire marcher les bosons en
synchronisation
Le concept qui sous-tend le laser à
atomes est ce qu'on appelle le condensat de Bose-Einstein, ou BEC en abrégé.
Les particules élémentaires dans la nature se présentent sous deux types : les
fermions et les bosons. Les fermions sont des particules comme les électrons et
les quarks, les éléments constitutifs de la matière dont nous sommes faits. Les
bosons sont de nature très différente : ils ne sont pas durs comme les
fermions, mais mous : par exemple, ils peuvent se traverser sans problème.
L'exemple le plus connu de boson est le photon, la plus petite quantité de
lumière possible. Mais les particules de matière peuvent aussi se combiner pour
former des bosons – en fait, des atomes entiers peuvent se comporter comme des
particules de lumière. Ce qui rend les bosons si spéciaux, c'est qu'ils peuvent
tous être exactement dans le même état au même moment, ou exprimés en termes
plus techniques, ils peuvent se "condenser" en une onde cohérente.
Lorsque ce type de condensation se produit pour les particules de matière, les
physiciens appellent la substance résultante un condensat de Bose-Einstein.
Dans la vie de tous les jours, nous
ne connaissons pas du tout ces condensats. La raison : il est très difficile de
faire en sorte que les atomes se comportent tous comme un seul. Le coupable qui
détruit la synchronicité est la température - lorsqu'une substance se
réchauffe, les particules constitutives commencent à s'agiter et il devient
pratiquement impossible de les faire se comporter comme une seule. Ce n'est
qu'à des températures extrêmement basses, environ un millionième de degré
au-dessus du zéro absolu (environ 273 degrés en dessous de zéro sur l'échelle
Celsius), qu'il y a une chance de former les ondes de matière cohérentes d'un
BEC.
Éclats fugaces
Il y a un quart de siècle, les
premiers condensats de Bose-Einstein étaient créés dans les laboratoires de
physique. Cela a ouvert la possibilité de construire des lasers à atomes - des
appareils qui produisent littéralement des faisceaux de matière - mais ces appareils
n'ont pu fonctionner que pendant une très courte période. Les lasers pouvaient
produire des impulsions d'ondes de matière, mais après avoir envoyé une telle
impulsion, un nouveau BEC devait être créé avant que l'impulsion suivante
puisse être envoyée. Pour un premier pas vers un laser à atome, ce n'était
quand même pas mal. En fait, les lasers optiques ordinaires étaient également
fabriqués dans une variante pulsée avant que les physiciens ne puissent créer
des lasers continus. Mais alors que les développements pour les lasers optiques
étaient allés très vite, le premier laser continu étant produit dans les six
mois après son homologue pulsé, pour les lasers à atomes, la version continue
est restée insaisissable pendant plus de 25 ans.
Le problème était clair : les BEC
sont très fragiles et sont rapidement détruits lorsque la lumière tombe dessus.
Or la présence de lumière est cruciale dans la formation du condensat : pour
refroidir une substance au millionième de degré, il faut refroidir ses atomes à
l'aide de la lumière laser. En conséquence, les BEC étaient limités à des
rafales fugaces, sans aucun moyen de les maintenir de manière cohérente.
Un cadeau de Noël
Une équipe de physiciens de
l'Université d'Amsterdam a maintenant réussi à résoudre le problème difficile
de la création d'un condensat Bose-Einstein continu. Florian Schreck, le chef
d'équipe, explique ce qu'était le truc. "Dans les expériences précédentes,
le refroidissement progressif des atomes se faisait en un seul endroit. Dans
notre configuration, nous avons décidé d'étaler les étapes de refroidissement
non pas dans le temps, mais dans l'espace : nous faisons bouger les atomes
pendant qu'ils progressent à travers des étapes de refroidissement
consécutives. Dans notre dispositif final, des atomes ultra-froids arrivent au
cœur de l'expérience, où ils peuvent être utilisés pour former des ondes de
matière cohérentes dans un BEC. Mais pendant que ces atomes sont utilisés, de
nouveaux atomes sont déjà en route pour reconstituer le BEC. De cette façon
nous pouvons poursuivre le processus, pratiquement pour toujours. »
Alors que l'idée sous-jacente était
relativemensimple sa réalisation ne l'était certainement pas. Chun-Chia Chen,
premier auteur de la publication dans Nature, se souvient : "Déjà en
2012, l'équipe - alors toujours à Innsbruck - a réalisé une technique qui
permettait de protéger un BEC de la lumière de refroidissement laser,
permettant pour la première fois le refroidissement laser jusqu'à l'état
dégénéré nécessaire aux ondes cohérentes. Bien qu'il s'agisse d'une première
étape cruciale vers le défi de longue date de la construction d'un laser atomique continu, il était également clair qu'une
machine dédiée serait nécessaire pour aller plus loin. déménager à Amsterdam en
2013, nous avons commencé par un acte de foi, des fonds empruntés, une salle
vide et une équipe entièrement financée par des subventions personnelles.Six
ans plus tard, aux premières heures du matin de Noël 2019, l'expérience était
enfin sur le point de Nous avons eu l'idée d'ajouter un faisceau laser
supplémentaire pour résoudre une dernière difficulté technique, et
instantanément chaque image que nous avons prise montrait un BEC, le premier
BEC à onde continue.
Après s'être attaqués au problème
ouvert de longue date de la création d'un condensat Bose-Einstein continu, les
chercheurs se sont maintenant penchés sur le prochain objectif : utiliser le
laser pour créer un faisceau de sortie stable de matière. Une fois que leurs
lasers pourront non seulement fonctionner indéfiniment, mais aussi produire des
faisceaux stables, plus rien ne s'opposera aux applications techniques, et les
lasers à matière pourraient commencer à jouer un rôle aussi important dans la
technologie que les lasers ordinaires.
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Laser cooling
for quantum gases
More information: Chun-Chia Chen et
al, Continuous Bose–Einstein condensation, Nature (2022). DOI:
10.1038/s41586-022-04731-z
Journal information: Nature
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MON COMMENTAIRE
Le problème de la production permanente d’ un BEC est capital
Je vous en donne une représentation de défilé
de 14 juillet !Un BEC est comparable à un défilé d’un régiment de
soldat de même taille et marchant
tous au même pas cadencé .Pour la
suite de l’ exemple en fourniture d’énergie
laser on peut dire que chaque rangée
arrivant devant le président ltire sans qu’il y ait un temps d’interruption
entre la premiere et la seconde rangée !!!!! Mon exemple vous montre pourquoi obtenir stabilité et permane du
laser est difficile : 1° /les
soldats du 2 ème rang doivent tirer a la
suite IMMEDIATE de ceux du premier , sans aucune discontinuité.2°/ Le régiment doit avoir une longueur
illimitée !!!
L’utilisation des lasers atomiques de forte
puissance est attendue par maintes utlisations notamment la fusion nucléaire par lasers
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