Bose-Einstein, condensation de - physique.

« de degré Celsius au-dessus du zéro absolu).

À ces températures extrêmes, l’observation du condensat de Bose-Einstein devient réalité. Divers pièges magnétiques sont utilisés pour la phase de refroidissement par évaporation : le plus communément employé est le piège TOP ( Time-averaged orbiting potential, c’est-à-dire « potentiel circulant moyenné dans le temps ») qui a été utilisé par le groupe de Cornell et Wieman pour la réalisation du premier condensat de Bose- Einstein en 1995 ; les autres sont les pièges Ioffe-Pritchard — utilisés notamment par l’équipe de Claude Cohen-Tannoudji au Laboratoire Kastler-Brossel — et les piègesmagnétiques permanents — utilisés par le groupe de Randall Hulet à l’université de Rice pour la réalisation de condensats d’atomes de lithium. 4.3 Observation L’observation du condensat de Bose-Einstein constitue la confirmation ultime de l’expérience.

Lorsque le seuil de la condensation de Bose-Einstein est atteint, les atomess’accumulent dans le même état quantique et se comportent collectivement comme un « superatome » unique, dont la taille est supérieure au micromètre (10 -6 m).

Ces atomes condensés et indiscernables sont tous décrits par une fonction d’onde commune que l’on peut facilement observer à l’échelle macroscopique par des méthodesclassiques.

Il suffit d’éclairer les atomes avec une lumière laser adaptée au type d’atomes condensés et d’examiner l’ombre du piège sur une caméra vidéo.

La formation ducondensat au centre du piège s’accompagne d’une augmentation de la densité de l’ombre.

Selon le type de piège utilisé, on observe différentes formes de condensats, allantde la sphère à l’ellipsoïde. Toutefois, cette observation spectaculaire permet uniquement de déterminer le nombre d’atomes condensés, mais pas leur vitesse.

Pour réaliser cette mesure, on supprimele champ magnétique et on regarde la façon dont les atomes s’échappent du piège.

On constate en outre qu’ils s’éloignent suivant une direction préférentielle (l’axe dupiège) et non de manière isotrope, ce qui est conforme aux caractéristiques quantiques d’un condensat de Bose-Einstein.

Le cumul de ces observations permet ainsi deconfirmer définitivement la réalisation de la condensation de Bose-Einstein. 5 APPLICATIONS L’obtention de condensats de Bose-Einstein est motivée à la fois par des intérêts théoriques et pratiques.

Du point de vue fondamental, l’étude de leurs propriétés physiquesconstitue un champ d’investigation activement exploré dans le monde.

La découverte de la superfluidité des condensats de Bose-Einstein, qui se manifeste par la formationde vortex (ou « tourbillons quantiques »), en 1999 par l’équipe de Cornell et Wieman à Boulder, permet de relier dans un même cadre d’étude les phénomènes desuperfluidité et de supraconductivité. Les condensats de Bose-Einstein ont également été mis à contribution dans une expérience spectaculaire dirigée par Lene Hau de l’Institut Rowland pour les sciences deCambridge, qui a abouti au ralentissement de la lumière à 1,5 km.h -1 (la vitesse de la lumière dans le vide étant environ de 300 000 km.s -1). L’application phare de la condensation de Bose-Einstein consiste en la réalisation d’une nouvelle génération de lasers : les lasers atomiques.

Ce type de lasers, mis au pointau MIT (Massachusetts Institute of Technology) par le groupe de Ketterle en 1997, permet de délivrer un faisceau d’atomes se trouvant dans le même état quantique, àl’instar des photons d’un rayon laser.

Les lasers atomiques ouvrent des perspectives révolutionnaires dans les domaines de l’optique et de l’interférométrie atomiques.

Parexemple, ils sont envisagés pour augmenter la précision des horloges atomiques et implicitement du système GPS ( voir Global Positioning System) de navigation assistée par satellite.

Par ailleurs, les lasers atomiques pourraient trouver des applications intéressantes en optique non linéaire, notamment dans la réalisation de processeursoptiques. Enfin, les cosmologistes s’intéressent également aux condensats de Bose-Einstein, qui pourraient permettre d’élucider l’origine de la matière noire qui constitue près de90 p.

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