condensat de Bose-Einstein (BEC), état de la matière dans lequel des atomes séparés ou des particules subatomiques, refroidis à un niveau proche du zéro absolu (0 K, − 273,15 °C ou − 459,67 °F; K = kelvin), fusionnent en une seule entité mécanique quantique—c’est—à-dire une entité qui peut être décrite par une fonction d’onde-à une échelle quasi macroscopique. Cette forme de matière a été prédite en 1924 par Albert Einstein sur la base des formulations quantiques du physicien Indien Satyendra Nath Bose.,
bien qu’il ait été prédit depuis des décennies, le premier BEC atomique n’a été réalisé qu’en 1995, lorsque Eric Cornell et Carl Wieman de JILA, une institution de recherche exploitée conjointement par le National Institute of Standards and Technology (NIST) et L’Université du Colorado à Boulder, ont refroidi un gaz d’atomes de rubidium à 1,7 × 10-7 K au-dessus du zéro absolu. Avec Wolfgang Ketterle du Massachusetts Institute of Technology (MIT), qui a créé un BEC avec des atomes de sodium, ces chercheurs ont reçu le prix Nobel de physique 2001., La recherche sur les BECs a élargi la compréhension de la physique quantique et a conduit à la découverte de nouveaux effets physiques.
la théorie de BEC remonte à 1924, quand Bose a examiné comment les groupes de photons se comportent. Les Photons appartiennent à l’une des deux grandes classes de particules élémentaires ou submicroscopiques définies par le fait que leur spin quantique est un entier non négatif (0, 1, 2, …) ou un demi-entier impair (1/2, 3/2, …). Le premier type, appelé bosons, comprend les photons, dont le spin est 1. Ce dernier type, appelé fermions, comprend les électrons, dont le spin est de 1/2.,
comme L’a noté Bose, les deux classes se comportent différemment (voir Statistiques de Bose-Einstein et Fermi-Dirac). Selon le principe D’exclusion de Pauli, les fermions ont tendance à s’éviter les uns les autres, raison pour laquelle chaque électron d’un groupe occupe un état quantique distinct (indiqué par des nombres quantiques différents, tels que l’énergie de l’électron). En revanche, un nombre illimité de bosons peut avoir le même état d’énergie et partager un seul état quantique.
Einstein a rapidement étendu les travaux de Bose pour montrer qu’à des températures extrêmement basses, des « atomes bosoniques” avec des spins pairs fusionneraient dans un état quantique partagé à la plus faible énergie disponible. Les méthodes requises pour produire des températures suffisamment basses pour tester la prédiction D’Einstein ne sont cependant pas devenues réalisables avant les années 1990.l’une des percées dépendait de la nouvelle technique de refroidissement et de piégeage laser, dans laquelle la pression de rayonnement d’un faisceau laser refroidit et localise les atomes en les ralentissant., (Pour ce travail, le physicien français Claude Cohen-Tannoudji et les physiciens américains Steven Chu et William D. Phillips ont partagé le prix Nobel de physique 1997.) La deuxième percée dépendait de l’amélioration du confinement magnétique afin de maintenir les atomes en place sans récipient de matériau. En utilisant ces techniques, Cornell et Wieman ont réussi à fusionner environ 2 000 atomes individuels en un « superatom”, un condensat suffisamment grand pour être observé au microscope, qui présentait des propriétés quantiques distinctes. Comme Wieman l’a décrit, » nous l’avons porté à une échelle presque humaine., Nous pouvons le pousser et le pousser et regarder ce genre de choses d’une manière que personne n’a pu auparavant. »
Les BECs sont liés à deux phénomènes remarquables à basse température: la superfluidité, dans laquelle chacun des isotopes de l’hélium 3He et 4HE forme un liquide qui s’écoule sans frottement; et la supraconductivité, dans laquelle les électrons se déplacent à travers un matériau à résistance électrique nulle. Les atomes 4He sont des bosons, et bien que les atomes 3He et les électrons soient des fermions, ils peuvent également subir une condensation de Bose s’ils s’apparient avec des spins opposés pour former des États semblables à des bosons avec un spin net nul., En 2003, Deborah Jin et ses collègues de JILA ont utilisé des fermions appariés pour créer le premier condensat fermionique atomique.
la recherche de BEC a donné de nouvelles Physique Atomique Et optique, telle que le laser d’atome Ketterle démontré en 1996. Un laser à lumière classique émet un faisceau de photons cohérents; ils sont tous exactement en phase et peuvent être focalisés sur un point extrêmement petit et lumineux. De même, un atome laser produit un faisceau cohérent d’atomes, qui peut être focalisé à haute intensité., Les applications potentielles incluent des horloges atomiques plus précises et des techniques améliorées pour fabriquer des puces électroniques ou des circuits intégrés.
la propriété la plus intrigante des BECs est qu’ils peuvent ralentir la lumière. En 1998, Lene Hau de L’Université Harvard et ses collègues ont ralenti la lumière traversant un BEC de sa vitesse dans le vide de 3 × 108 mètres par seconde à seulement 17 mètres par seconde, soit environ 38 miles par heure. Depuis lors, Hau et d’autres ont complètement arrêté et stocké une impulsion lumineuse dans un BEC, libérant plus tard la lumière inchangée ou l’envoyant à un deuxième BEC., Ces manipulations sont prometteuses pour de nouveaux types de télécommunications basées sur la lumière, de stockage optique de données et d’informatique quantique, bien que les exigences de basse température des BECs offrent des difficultés pratiques.