Propriétés du condensat Bose Einstein

Prédits pour la première fois par Albert Einstein, les condensats de Bose-Einstein représentent un étrange arrangement d'atomes qui n'a été vérifié en laboratoire qu'en 1995. Ces condensats sont des gaz cohérents, créés à des températures plus froides que celles que l'on peut trouver n'importe où dans la nature. Au sein de ces condensats, les atomes perdent leur identité individuelle et fusionnent pour former ce que l'on appelle parfois un « super atome ».

En 1924, Satyendra Nath Bose étudiait l'idée que la lumière a voyagé en minuscules paquets, maintenant connus sous le nom de photons. Il a défini certaines règles pour leur comportement et les a envoyées à Albert Einstein. En 1925, Einstein a prédit que ces mêmes règles s'appliqueraient aux atomes car ils étaient aussi des bosons, ayant un spin entier. Einstein a élaboré sa théorie et a découvert qu'à presque toutes les températures, il y aurait peu de différence. Cependant, il a découvert qu'à des températures extrêmement froides, quelque chose de très étrange devrait se produire - le condensat de Bose-Einstein.

La température est simplement une mesure du mouvement atomique. Les éléments chauds sont constitués d'atomes qui se déplacent rapidement, tandis que les éléments froids sont constitués d'atomes qui se déplacent lentement. Alors que la vitesse des atomes individuels varie, la vitesse moyenne des atomes reste constante à une température donnée. Lorsque l'on discute des condensats de Bose-Einstein, il est nécessaire d'utiliser l'échelle de température absolue, ou Kelvin. Le zéro absolu est égal à -459 degrés Fahrenheit, la température à laquelle tout mouvement cesse. Cependant, les condensats de Bose-Einstein ne se forment qu'à des températures inférieures à 100 millionièmes de degré au-dessus du zéro absolu.

Comme le prédisent les statistiques de Bose-Einstein, à très basse température, la plupart des atomes d'un échantillon donné existent au même niveau quantique. À mesure que les températures approchent du zéro absolu, de plus en plus d'atomes descendent à leur niveau d'énergie le plus bas. Lorsque cela se produit, ces atomes perdent leur identité individuelle. Ils se superposent les uns aux autres, fusionnant en une seule goutte atomique indiscernable, connue sous le nom de condensat de Bose-Einstein. La température la plus froide qui existe dans la nature se trouve dans l'espace lointain, à environ 3 degrés Kelvin. Cependant, en 1995, Eric Cornell et Carl Wieman ont réussi à refroidir un échantillon de 2 000 atomes de rubidium-87 pour moins d'un milliardième de degré au-dessus du zéro absolu, générant un condensat de Bose-Einstein pour la première temps.

Lorsque les atomes se refroidissent, ils se comportent davantage comme des ondes et moins comme des particules. Lorsqu'elles sont suffisamment refroidies, leurs vagues se dilatent et commencent à se chevaucher. Ceci est similaire à la condensation de la vapeur sur un couvercle lorsqu'il est bouilli. L'eau s'agglutine pour former une goutte d'eau, ou condensat. La même chose se produit avec les atomes, seulement ce sont leurs ondes qui se confondent. Les condensats de Bose-Einstein sont similaires à la lumière laser. Cependant, au lieu que les photons se comportent de manière uniforme, ce sont les atomes qui existent en parfaite union. Comme une goutte d'eau se condensant, les atomes de faible énergie fusionnent pour former une masse dense et indiscernable. En 2011, les scientifiques commencent tout juste à étudier les propriétés inconnues des condensats de Bose-Einstein. Tout comme pour le laser, les scientifiques découvriront sans aucun doute de nombreuses utilisations qui profiteront à la science et à l'humanité.