Pour la première fois, les scientifiques ont observé des atomes solo flottant librement et interagissant dans l’espace. La découverte aide à confirmer certains des principes les plus fondamentaux de mécanique quantique Cela a été prévu pour la première fois il y a plus d’un siècle mais n’a jamais été directement vérifié.
Les atomes individuels sont notoirement difficiles à observer en raison de leur nature quantique. Les chercheurs ne peuvent pas, par exemple, connaître à la fois la position d’un atome et sa vitesse en même temps, en raison de l’étrangeté quantique. Mais en utilisant certaines techniques laser, ils ont capturé images de nuages d’atomes.
« C’est comme voir un nuage dans le ciel, mais pas les molécules d’eau individuelles qui composent le nuage, » Martin Zwierleinun physicien au MIT et co-auteur de la nouvelle recherche, a déclaré dans un déclaration.
La nouvelle méthode va plus loin, permettant aux scientifiques de capturer des images d’atomes « en plein air » dans l’espace libre. Premièrement, Zwierlein et ses collègues ont recouvert un nuage d’atomes de sodium dans un piège lâche à des températures ultracold. Ensuite, ils ont tiré un réseau de lumière laser à travers le nuage pour geler temporairement les atomes en place. Un deuxième laser fluorescent a ensuite éclairé les positions des atomes individuels.
Les atomes observés appartiennent à un groupe appelé bosons. Ces particules partagent le même état mécanique quantique et, par conséquent, se comportent comme une vague, se regroupant. Ce concept était le premier proposé par le physicien français Louis de Broglie en 1924 et est devenu par la suite connu comme une «vague de Broglie».
Effectivement, les bosons Zwierlein et son équipe ont observé un comportement de vagues de Broglie. Les chercheurs ont également capturé des images de fermions de lithium – un type de particule qui repousse les particules similaires plutôt que de se regrouper.
Les résultats ont été publiés le 5 mai dans la revue Lettres d’examen physique. Deux autres groupes ont déclaré avoir utilisé une technique similaire pour observer des paires de bosons et de fermions dans le même numéro de la revue.
« Nous sommes en mesure de voir des atomes uniques dans ces nuages intéressants d’atomes et ce qu’ils font par rapport aux autres, ce qui est beau », a déclaré Zwierlein.
À l’avenir, l’équipe prévoit d’utiliser la nouvelle technique – appelée «microscopie résolue à l’atome» – pour étudier d’autres phénomènes mécaniques quantiques. Par exemple, ils peuvent l’utiliser pour essayer d’observer «l’effet de la salle quantique», dans lequel les électrons se synchronisent sous l’influence d’un champ magnétique fort.
