Lors de l'étude des atomes, les scientifiques sont confrontés à un défi :à température ambiante, les atomes individuels dans un gaz ont une énergie cinétique, et voler à grande vitesse. La température est, en substance, le mouvement relatif entre les atomes; ainsi, le but d'obtenir des atomes d'avoir de petites vitesses relatives implique de les congeler à des températures extrêmement froides. Un groupe de l'Institut des sciences Weizmann a maintenant développé une nouvelle méthode universelle pour refroidir les ions.

Ions, atomes avec des charges électriques, sont aujourd'hui refroidis dans des pièges utilisant des champs électriques et magnétiques, puis refroidis davantage avec des lasers. La nouvelle méthode, développé par les scientifiques du personnel Dr. Oded Heber et Dr. Michael Rappaport, et les boursiers postdoctoraux Dr Reetesh Kumar Gangwar et Dr Koushik Saha, dans le laboratoire du professeur Daniel Zajfman du Département de physique des particules et d'astrophysique de l'Institut des sciences Weizmann, ne nécessite pas de laser.

Autrefois, Le professeur Zajfman et son groupe avaient créé une version améliorée d'un piège à ions appelé piège à faisceau d'ions électrostatique - un appareil pour stocker des ions qui était beaucoup plus petit que les anneaux de stockage d'ions standard, qui ont tendance à être très grandes et chères. Dans un piège électrostatique, les molécules ioniques oscillent lorsqu'elles volent à des vitesses allant jusqu'à 10, 000 km/h—et ceux-ci refroidissent à l'intérieur du piège. Des systèmes comme celui-ci peuvent recréer en laboratoire la matière clairsemée qui existe dans l'espace interstellaire.

Lorsque des groupes d'ions oscillent dans le piège à ces vitesses élevées, il y a une distribution naturelle des fréquences. À ce stade, les scientifiques ont une méthode dans laquelle une "tension d'impulsion périodique variable" est appliquée pour séparer les ions les plus froids de cette distribution, accélérer uniquement ceux-ci. En continuant à appliquer des tensions, les chercheurs peuvent éventuellement se retrouver avec les ions les plus froids. "Ce processus, " dit Héber, "n'est pas tant le refroidissement que le 'filtrage' ou le tri des ions en fonction des températures qu'ils ont atteintes."

Dans des expériences récentes, cependant, le groupe a réglé le piège de sorte que la densité des ions dans le piège à faisceau d'ions électrostatique puisse être augmentée 1, 000 fois sur les bords. L'augmentation de la densité augmente naturellement l'incidence des collisions entre les ions dans le faisceau, et le résultat est que l'énergie est partagée entre les ions. Les scientifiques ont découvert qu'il existait une corrélation accrue entre la position d'un ion au sein du groupe et son niveau d'énergie cinétique. Les ions les plus froids étaient au centre. En effet, l'énergie - ou la température - a été transférée aux ions sur les bords, produisant plus d'ions extrêmement froids dans le paquet accéléré. « Ce processus surprenant, " dit Héber, "passe déjà le test du refroidissement authentique."

Dans un article récemment publié dans Lettres d'examen physique , le groupe décrit une série d'expériences dans lesquelles les ions ont atteint des températures d'environ un dixième de degré au-dessus du zéro absolu. Les chercheurs mènent actuellement d'autres expériences pour affiner le système et abaisser encore la température des ions.

Heber dit que la nouvelle méthode est importante car le processus de refroidissement ne dépend ni du type ni du poids de l'ion. Ainsi, il pourrait être utilisé, par exemple, pour étudier les propriétés de grosses molécules biologiques ou nanoparticules.