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    Des chercheurs guident un seul ion à travers un condensat de Bose-Einstein

    Le chemin de l'ion chargé positivement (jaune) à travers le BEC (vert) ne peut encore être représenté que de manière artistique. Un microscope ionique en cours de développement au cinquième institut de physique de l'université de Stuttgart rendra cette voie directement visible avec une résolution inférieure à 200 nanomètres. Crédit :Université de Stuttgart/PI5, Célina Brandes

    Les processus de transport sont omniprésents par nature, mais soulèvent encore de nombreuses questions. L'équipe de recherche autour de Florian Meinert du cinquième institut de physique de l'université de Stuttgart a maintenant développé une nouvelle méthode pour observer une seule particule chargée sur son chemin à travers un nuage dense d'atomes ultrafroids. Les résultats ont été publiés dans Lettres d'examen physique et sont en outre rapportés dans une colonne Point de vue dans le journal La physique .

    L'équipe de Meinert a utilisé un condensat de Bose-Einstein (BEC) pour leurs expériences. Cet état exotique de la matière consiste en un nuage dense d'atomes ultrafroids. Au moyen d'une excitation laser sophistiquée, les chercheurs ont créé un seul atome de Rydberg dans le gaz. Dans cet atome géant, l'électron est mille fois plus éloigné du noyau que dans l'état fondamental et n'est donc que très faiblement lié au noyau. Avec une séquence spécialement conçue d'impulsions de champ électrique, les chercheurs ont arraché l'électron à l'atome. L'atome autrefois neutre s'est transformé en un ion chargé positivement qui est resté presque au repos malgré le processus de détachement de l'électron.

    A l'étape suivante, les chercheurs ont utilisé des champs électriques précis pour attirer l'ion de manière contrôlée à travers le nuage dense d'atomes du BEC. L'ion a pris de la vitesse dans le champ électrique, est entré en collision sur son chemin avec d'autres atomes, ralenti et a été à nouveau accéléré par le champ électrique. L'interaction entre l'accélération et la décélération par les collisions a conduit à un mouvement constant de l'ion à travers le BEC.

    « Cette nouvelle approche nous permet pour la toute première fois de mesurer la mobilité d'un seul ion dans un condensat de Bose-Einstein, " dit Thomas Dieterle, un doctorat étudiant qui a participé à l'expérience. Le prochain objectif des chercheurs est d'observer les collisions entre un seul ion et des atomes à des températures encore plus basses, où la mécanique quantique au lieu de la mécanique classique dicte les processus. "À l'avenir, notre système modèle nouvellement créé - le transport d'un seul ion - permettra une meilleure compréhension des processus de transport plus complexes qui sont pertinents dans les systèmes à plusieurs corps, par exemple., dans certains solides ou dans les supraconducteurs, " dit Meinert. Ces mesures sont également une étape importante sur la voie de l'étude des quasi-particules exotiques, dits polarons, qui peut résulter de l'interaction entre des atomes et des ions.

    Le laboratoire voisin de l'institut travaille déjà sur un microscope ionique qui permettra aux chercheurs d'observer directement les collisions entre atomes et ions. Alors qu'un microscope électronique utilise des particules chargées négativement pour créer une image, c'est ce qui se passe dans un microscope ionique avec des ions chargés positivement. Les lentilles électrostatiques dévient des ions similaires aux rayons lumineux d'un microscope optique classique.


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