Une nouvelle mise à niveau du laboratoire quantique de la Station spatiale internationale (ISS) permet à la NASA d’étudier le comportement des atomes plus loin que jamais, a annoncé l’agence spatiale.
En combinant le « Laboratoire des atomes froids » récemment modernisé de l’ISS avec l’apesanteur proche de l’orbite terrestre basse, les scientifiques tentent de comprendre les propriétés des atomes dits « ultrafroids » dans un environnement impossible à reproduire sur Terre. L’objectif de la mission est d’étudier le comportement des nuages d’atomes à des températures proches de zéro absolu (moins 459,67 degrés Fahrenheit ou moins 273,15 degrés Celsius) — la température la plus froide possible dans l’univers, où les atomes perdent toute leur énergie de mouvement.
» Aux températures les plus froides, la matière se comporte de manière radicalement différente de tout ce que nous avons connu jusqu’à présent. » Jason Williamsscientifique du projet Cold Atom Lab du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, qui a construit l’installation, a déclaré dans un communiqué. « La nature ondulatoire de la matière domine, et la matière ultra-froide peut se comporter d’une manière non seulement inattendue, mais qui permet également des mesures extrêmement précises du temps, de la gravité et du mouvement. Le laboratoire dispose de nombreux outils, notamment avec cette dernière mise à niveau, pour nous permettre de sonder la nature de l’univers. »
Particules qui enfreignent les règles
Les atomes et leurs particules subatomiques sont des objets de mécanique quantique dont le comportement est fondamentalement différent de celui du monde à grande échelle. Par exemple, les lois de mécanique quantique prédire que les particules peuvent se trouver à plusieurs endroits en même temps (superposition quantique) ; peuvent être mystérieusement liés les uns aux autres sur de grandes distances (intrication quantique) ; et se déplacent dans l’espace-temps sous forme de vagues tout en se déplaçant comme des objets fixes et solides.
Mais observer ces comportements est notoirement difficile. Premièrement, les atomes sont si petits que si un atome avait la taille d’une balle de golf, un humain qui en lancerait une serait à peu près aussi grand que la distance entre la Terre et la Lune. Deuxièmement, il est impossible d’isoler les mesures de ces comportements pour les atomes dans des environnements « normaux » (comme sur Terre), car le comportement quantique souhaité est perturbé par l’énergie thermique et gravitationnelle.
Pour surmonter ces défis, le laboratoire Cold Atom de l’ISS, qui a la taille d’un mini-réfrigérateur, utilise des lasers pour refroidir les gaz de rubidium et de potassium juste au-dessus du zéro absolu. À ces températures, les atomes forment un état de la matière connu sous le nom de condensat de Bose-Einstein, dans lequel de nombreux atomes se comportent comme une seule onde de matière quantique.
Non seulement cette configuration permet aux scientifiques d’observer les comportements quantiques à une échelle beaucoup plus grande que celle des atomes uniques, mais la gravité réduite permet aux ondes de matière condensée de se dilater et d’évoluer sans être perturbées pendant des périodes beaucoup plus longues que ce qui serait possible sur Terre.
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Il s’agit de la quatrième mise à niveau majeure du Cold Atom Laboratory de la NASA depuis son arrivée à bord de l’ISS en 2018. Selon la NASA, les améliorations significatives de cette mise à niveau la plus récente incluent un piège magnétique repensé pour contenir le nuage d’atomes, des sources d’atomes améliorées et de meilleures capacités de mesure.
Les scientifiques ont lancé ces améliorations de l’ISS en avril 2026, et depuis, elles ont été installées, allumées et ont commencé à effectuer des mesures de pointe. En plus de permettre de nouveaux tests de physique fondamentale, les mesures de ces effets sont essentielles à la démonstration des futures technologies quantiques spatiales de haute précision liées au positionnement, à la navigation, au timing et à la détection de la gravité. Ces technologies pourraient un jour permettre aux astronautes de naviguer sur la Lune sans GPS et produire des cartes de haute précision de la gravité terrestre.
« Au siècle dernier, il y a eu une révolution quantique qui a conduit aux lasers, aux téléphones portables et aux IRM pour l’imagerie médicale », Ethan Elliotta déclaré le scientifique adjoint du projet au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie dans le communiqué. « Nous réalisons Quantum 2.0 – manipulation directe de grands états quantiques – et nous espérons obtenir des gains similaires dans la technologie quantique en faisant progresser cette science en orbite. »
