Le dernier catalogue des atomes

« taille de plusieurs microns (la taille d'un virus ou d'une bactérie !) ont ainsi une probabilité extrême­ ment faible -mais non nulle -d'apparaître au sein de la matière normale, car elle est soumise à des échanges incessants d'énergie par collision, rayon­ nement, etc.

En revanche, dans l'espace interstellaire, où la matière est très raréfiée, de tels états peuvent se réa­ liser plus facilement, avec une « durée de vie » de quelques milli-secondes au-delà de laquelle l'élec­ tron excité retombe sur une orbite normale.

Lors de ce retour, il émet un photon dans des longueurs d'ondes millimétriques.

La détection de telles ondes radio ultra-courtes permet d'étudier les états de Rydberg.

Depuis une dizaine d'années, les observations faites avec des radio-télescopes ont permis de repérer des transitions orbitales de plu­ sieurs dizaines voire de plusieurs centaines de niveaux ! La contribution des états de Rydberg dans l'espace est importante car elle permet de mesurer certains paramètres du milieu interstel­ laire, tels que température, champs électriques, etc.

En laboratoire, la difficulté de détecter des atomes géants ayant ..

une très faible probabilité d'apparition a été largement réduite par l'utilisa­ tion du laser, dont le réglage sur une fréquence très précise permet d'exciter des atomes d'un gaz très raréfié avec des photons de longueur d'onde, donc d'énergie déterminée.

On peut ainsi induire des transitions particulières et l'on.détecte ensuite les atomes géants en les ionisant par l'application d'un champ électrique de très courte durée, et d'ampli­ tude juste suffisante pour fournir le supplément d'énergie adéquat à l'atome géant et à lui seul : il suffit alors de détecter l'électron arraché pour constater la création de l'état de Rydberg recher­ ché.

Là aussi, la détection de ces états « exotiques , ne représente pas la recherche d'une performance spectaculaire mais inutile.

La possibilité d'étudier ce qui se passe lorsqu'un électron se trouve sur une orbitre très éloignée, donc presque soustrait à l'in­ fluence du champ électrique du noyau, permet de mesurer d'autres types d'interactions (par exemple, les effets de spin, configuration géométrique du noyau, etc.) et de tester la validité des « modèles » élaborés par les théoriciens et des approximations qu'ils sont obligatoirement amenés à utiliser dans leurs calculs (qui seraient sinon inextricables).

Au voisinage du zéro absolu : un cristal d'électrons Théoriquement prévu, lui aussi, depuis long­ temps (par E.

Wigner en 1934), un assemblage ordonné d'électrons quasi immobiles n'a pu être observé qu'en 1979, grâce à des techniques rendues possibles par la grande maîtrise qu'ont acquise les physiciens dans le domaine des très basses tempéra­ tures, mais néanmoins extrêmement délicates à uti· liser.

Comme les atomes, les électrons libres qui exis­ tent dans tout corps solide sont soumis à une agita­ tion incessante et désordonnée.

En fait, il se comportent au sein du milieu matériel comme un gaz ou un liquide.

Wigner avait démontré qu'à condition de ramener leur énergie à un niveau suffi­ samment bas, ils devraient se stabiliser dans un état analogue à celui des atomes d'un solide, et même s'ordonner comme un véritable « cristal d'élec­ tron >>.

Mais comment isoler des électrons à une tempé­ rature suffisamment basse pour faire « prendre >> le cristal, et comment détecter une telle forma­ tion ? C'est ce qui vient d'être réalisé par une équipe de chercheurs américains.

L'idée de base est de faire « flotter >> les électrons sur un support ' d'hélium liquide super fluide (qui présente l'avan­ tage d'offrir une surface absolument plane et immobile car l'hélium super fluide ne bout pas), dans un léger champ électrique qui retient les élec­ trons à une distance de quelques dizaines d'angs­ troms de cette surface.

La détection de la cristallisation se fait en sou­ mettant les électrons à un très faible champ électri­ que alternatif et en enregistrant la manière dont le système réagit : si les électrons forment effective­ ment un système ordonné, ils vont entrer en réso­ nances pour certaines fréquences de ce courant alternatif.

C'est ce qui a été observé à 0,46 °K, per­ mettant du même coup d'en déduire que le cristal est triangulaire.

C'est donc, en quelque sorte, un nouvel état de la matière qui a ainsi été découvert.

Son intérêt théo­ rique se double peut-être d'un intérêt pratique, car les structures de couplages entre les électrons sont d'une grande importance pour le comportement des semi-conducteurs, dont on sait l'extraordinaire apport pour le développement de l'électronique moderne.. »