Cet été, une glacière de la taille d'une glacière s'envolera vers la Station spatiale internationale, où il créera l'endroit le plus cool de l'univers.

À l'intérieur de cette boîte, laser, une chambre à vide et un "couteau" électromagnétique seront utilisés pour annuler l'énergie des particules de gaz, en les ralentissant jusqu'à ce qu'ils soient presque immobiles. Cette suite d'instruments est appelée Cold Atom Laboratory (CAL), et a été développé par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie. CAL est en phase finale d'assemblage chez JPL, avant un voyage dans l'espace en août sur SpaceX CRS-12.

Ses instruments sont conçus pour geler les atomes de gaz à un simple milliardième de degré au-dessus du zéro absolu. C'est plus de 100 millions de fois plus froid que les profondeurs de l'espace.

"L'étude de ces atomes hyper-froids pourrait remodeler notre compréhension de la matière et de la nature fondamentale de la gravité, " a déclaré Robert Thompson, scientifique du projet CAL, du JPL. " Les expériences que nous ferons avec le Cold Atom Lab nous donneront un aperçu de la gravité et de l'énergie noire, certaines des forces les plus omniprésentes de l'univers. "

Lorsque les atomes sont refroidis à des températures extrêmes, car ils seront à l'intérieur de CAL, ils peuvent former un état distinct de la matière connu sous le nom de condensat de Bose-Einstein. Dans cet état, les règles familières de la physique s'estompent et la physique quantique commence à prendre le dessus. On peut observer que la matière se comporte moins comme des particules que comme des ondes. Des rangées d'atomes se déplacent de concert les unes avec les autres comme s'ils chevauchaient un tissu en mouvement. Ces mystérieuses formes d'onde n'ont jamais été observées à des températures aussi basses que ce que CAL peut atteindre.

La NASA n'a jamais créé ou observé de condensats de Bose-Einstein dans l'espace. Sur Terre, l'attraction de la gravité fait que les atomes se déposent continuellement vers le sol, ce qui signifie qu'ils ne sont généralement observables que pendant des fractions de seconde.

Mais sur la Station spatiale internationale, les atomes ultra-froids peuvent conserver leur forme ondulatoire plus longtemps en chute libre. Cela offre aux scientifiques une fenêtre plus longue pour comprendre la physique à son niveau le plus élémentaire. Thompson a estimé que le CAL permettra aux condensats de Bose-Einstein d'être observables jusqu'à cinq à dix secondes; le développement futur des technologies utilisées sur CAL pourrait leur permettre de durer des centaines de secondes.

Les condensats de Bose-Einstein sont un « superfluide », une sorte de fluide à viscosité nulle, où les atomes se déplacent sans friction comme s'ils ne faisaient qu'un, substance solide.

"Si vous aviez de l'eau superfluide et que vous la faisiez tourner dans un verre, il tournerait pour toujours, " a déclaré Anita Sengupta de JPL, Chef de projet Cold Atom Lab. "Il n'y a pas de viscosité pour le ralentir et dissiper l'énergie cinétique. Si nous pouvons mieux comprendre la physique des superfluides, nous pouvons éventuellement apprendre à les utiliser pour un transfert d'énergie plus efficace."

Cinq équipes scientifiques prévoient de mener des expériences à l'aide du Cold Atom Lab. Parmi eux, Eric Cornell de l'Université du Colorado, Boulder et l'Institut national des normes et de la technologie. Cornell est l'un des lauréats du prix Nobel qui a créé pour la première fois des condensats de Bose-Einstein dans un laboratoire en 1995.

Les résultats de ces expériences pourraient potentiellement conduire à un certain nombre de technologies améliorées, y compris les capteurs, ordinateurs quantiques et horloges atomiques utilisés dans la navigation des engins spatiaux.

Les applications liées à la détection de l'énergie noire sont particulièrement intéressantes, a déclaré Kamal Oudrhiri du JPL, le chef de projet adjoint CAL. Il a noté que les modèles actuels de cosmologie divisent l'univers en environ 27% de matière noire, 68 pour cent d'énergie noire et environ 5 pour cent de matière ordinaire.

« Cela signifie que même avec toutes nos technologies actuelles, nous sommes toujours aveugles à 95% de l'univers, " dit Oudrhiri. " Comme une nouvelle lentille dans le premier télescope de Galilée, les atomes froids ultra-sensibles du Cold Atom Lab ont le potentiel de percer de nombreux mystères au-delà des frontières de la physique connue."

Le Cold Atom Lab est actuellement en phase de test qui le préparera avant sa livraison à Cap Canaveral, Floride.

"Les tests que nous effectuons au cours des prochains mois sur le terrain sont essentiels pour nous assurer que nous pouvons l'exploiter et le régler à distance pendant qu'il est dans l'espace, et finalement apprendre de ce riche système de physique atomique pour les années à venir, " a déclaré Dave Aveline, le responsable du banc d'essai au JPL.