Lorsque les atomes interagissent avec la lumière laser, ils s'habillent de photons, créant ainsi des quasi-particules appelées atomes habillés ou « états habillés ». Ces atomes habillés possèdent des propriétés modifiées, notamment des niveaux d’énergie et des interactions modifiés.
L'équipe de recherche, dirigée par des physiciens de l'Université de Bâle, de l'Institut d'optique quantique Max Planck et de l'Institut suisse des nanosciences, a effectué des mesures précises sur des atomes de césium piégés éclairés par une lumière laser. En contrôlant soigneusement la fréquence, l'intensité et la polarisation du laser, ils ont observé l'émergence de nouvelles interactions atome-atome médiées par les photons laser.
Étonnamment, ces interactions dépendaient des propriétés spécifiques de la lumière laser. Par exemple, les chercheurs ont découvert que les atomes habillés pouvaient présenter des forces répulsives ou attractives, en fonction de la polarisation et du désaccord du laser (différence de fréquence entre le laser et la transition atomique).
"Nos résultats montrent que la lumière peut manipuler non seulement la structure interne des atomes, mais également leurs interactions les uns avec les autres", a déclaré le Dr Lukas Bruder, chercheur à l'Université de Bâle et à l'Institut Max Planck d'optique quantique. "Cela ouvre de nouvelles voies pour concevoir des systèmes quantiques avec des interactions sur mesure, qui pourraient être pertinentes pour les simulations quantiques et le traitement de l'information quantique."
En outre, l’équipe a exploré les applications potentielles des atomes habillés dans la recherche d’axions, des particules hypothétiques candidates à la matière noire. Il est prévu que les axions interagiront avec les photons, et les propriétés uniques des atomes habillés pourraient améliorer la sensibilité des expériences de détection des axions.
"Les interactions atome-atome modifiées dans les atomes habillés pourraient fournir une nouvelle plate-forme pour la recherche d'axions", a déclaré le professeur Philipp Treutlein de l'Université de Bâle. "Nos résultats pourraient inspirer de futures expériences conçues pour détecter directement les axions et faire la lumière sur la nature de la matière noire."
L'étude met en évidence la richesse de la physique et les applications potentielles des atomes habillés dans divers domaines, notamment la simulation quantique, le traitement de l'information quantique et l'exploration des particules fondamentales. Des recherches plus approfondies dans ce domaine pourraient révéler des phénomènes et des informations encore plus remarquables sur le monde quantique.
