L'attraction du corps noir entre un cylindre de tungstène chaud et un atome de césium est 20 fois plus forte que l'attraction gravitationnelle entre eux. Crédit :Holger Müller, UC Berkeley
Notre attirance physique pour les corps chauds est réelle, selon les physiciens de l'UC Berkeley.
Pour être clair, ils ne parlent pas d'attirance sexuelle pour un corps humain "chaud".
Mais les chercheurs ont montré qu'un objet incandescent attire en fait les atomes, contrairement à ce que la plupart des gens - y compris les physiciens - pourraient deviner.
L'effet minuscule ressemble beaucoup à l'effet d'un laser sur un atome dans un appareil appelé pince à épiler optique, qui sont utilisés pour piéger et étudier les atomes, une découverte qui a conduit au prix Nobel de physique 1997 partagé par l'ancien professeur de l'UC Berkeley Steven Chu, maintenant à Stanford, Claude Cohen-Tannoudji et William D. Phillips.
Jusqu'à il y a trois ans, quand un groupe de physiciens autrichiens l'a prédit, personne ne pensait que la lumière régulière, ou même simplement la chaleur dégagée par un objet chaud - la lueur infrarouge que vous voyez lorsque vous regardez à travers des lunettes de vision nocturne - pourrait affecter les atomes de la même manière.
les physiciens de l'UC Berkeley, qui sont experts dans la mesure de forces infimes par interférométrie atomique, conçu une expérience pour le vérifier. Lorsqu'ils ont mesuré la force exercée par le soi-disant rayonnement du corps noir d'un cylindre de tungstène chaud sur un atome de césium, la prédiction a été confirmée.
L'attraction est en fait 20 fois l'attraction gravitationnelle entre les deux objets, mais puisque la gravité est la plus faible de toutes les forces, l'effet sur les atomes de césium - ou n'importe quel atome, molécule ou un objet plus gros - est généralement trop petit pour s'inquiéter.
"Il est difficile de trouver un scénario où cette force se démarquerait, " a déclaré la co-auteur Victoria Xu, un étudiant diplômé du département de physique de l'UC Berkeley. "Il n'est pas clair que cela ait un effet significatif nulle part. Pourtant."
À mesure que les mesures de la gravité deviennent plus précises, bien que, des effets aussi faibles doivent être pris en compte. La prochaine génération d'expériences pour détecter les ondes gravitationnelles depuis l'espace pourrait utiliser des interféromètres atomiques de laboratoire au lieu des interféromètres d'un kilomètre de long actuellement en fonctionnement. Les interféromètres combinent généralement deux ondes lumineuses pour détecter de minuscules changements dans la distance qu'ils ont parcourue; les interféromètres atomiques combinent deux ondes de matière pour détecter de minuscules changements dans le champ gravitationnel qu'ils ont subis.
Le cylindre de tungstène brillant peut être vu en haut à travers une fenêtre dans la chambre à vide de l'interféromètre atomique. Les atomes de césium sont lancés vers le haut à travers l'ouverture circulaire sous le cylindre. Crédit :laboratoire Holger Müller, UC Berkeley
Pour une navigation inertielle très précise à l'aide d'interféromètres atomiques, cette force devrait également être prise en compte.
"Cette attraction du corps noir a un impact partout où les forces sont mesurées avec précision, y compris les mesures de précision des constantes fondamentales, tests de relativité générale, mesures de la gravité et ainsi de suite, " a déclaré l'auteur principal Holger Müller, professeur agrégé de physique. Xu, Müller et leurs collègues de l'UC Berkeley ont publié leur étude dans le numéro de décembre de la revue Physique de la nature .
Pince à épiler optique
Les pincettes optiques fonctionnent parce que la lumière est une superposition de champs magnétiques et électriques - une onde électromagnétique. Le champ électrique dans un faisceau lumineux fait bouger les particules chargées. Dans un atome ou une petite sphère, cela peut séparer les charges positives, comme le noyau, de charges négatives, comme les électrons. Cela crée un dipôle, permettant à l'atome ou à la sphère d'agir comme un minuscule barreau magnétique.
Le champ électrique dans l'onde lumineuse peut alors déplacer ce dipôle électrique induit, tout comme vous pouvez utiliser une barre aimantée pour pousser un morceau de fer.
En utilisant plus d'un faisceau laser, les scientifiques peuvent faire léviter un atome ou une bille pour mener des expériences.
Avec faible, lumière incohérente, comme le rayonnement du corps noir d'un objet chaud, l'effet est beaucoup plus faible, mais toujours là, L'équipe de Müller retrouvée.
Ils ont mesuré l'effet en plaçant un gaz dilué d'atomes de césium froids - refroidis à trois millionièmes de degré au-dessus du zéro absolu (300 nanoKelvin) - dans une chambre à vide et en les lançant vers le haut avec une impulsion rapide de lumière laser.
La moitié reçoit un coup de pouce supplémentaire vers un cylindre de tungstène d'un pouce de long qui brille à 185 degrés Celsius (365 degrés Fahrenheit), tandis que l'autre moitié reste sans coups de pied. Lorsque les deux groupes d'atomes de césium tombent et se rencontrent à nouveau, leurs ondes de matière interfèrent, permettant aux chercheurs de mesurer le déphasage provoqué par l'interaction tungstène-césium, et calculer ainsi la force d'attraction du rayonnement du corps noir.
"Les gens pensent que le rayonnement du corps noir est un concept classique en physique - c'était un catalyseur pour lancer la révolution de la mécanique quantique il y a 100 ans - mais il y a encore des choses intéressantes à apprendre à ce sujet, " dit Xu.
