Grâce aux nouvelles technologies, il est possible de retenir des atomes individuels, les déplacer de manière ciblée ou modifier leur état. Les physiciens de Kaiserslautern travaillent également avec ce système. Dans une étude récente, ils ont étudié les conséquences de la collision de deux atomes dans un champ magnétique faible à basse température. Pour la première fois, ils ont découvert que les atomes, transportant leur moment cinétique en paquets individuels (quanta), échanger ainsi deux paquets. Il a également été montré que la force d'interaction entre les atomes peut être contrôlée. Ceci est intéressant pour étudier les réactions chimiques, par exemple. L'article a été publié dans la revue Lettres d'examen physique .

Jusqu'à il y a quelques décennies, il était impensable pour les physiciens de réaliser des expériences avec des particules atomiques individuelles. Erwin Schrödinger, l'un des pionniers de la théorie quantique moderne, s'attendait à des "conséquences ridicules" de cette idée et l'a décrite comme tout aussi probable que d'élever un dinosaure Ichtyosaurus dans un zoo. Cependant, les progrès de la technologie laser et de la physique atomique permettent aujourd'hui des expériences avec des atomes individuels.

Des physiciens autour du professeur Artur Widera et de son doctorant Felix Schmidt à la Technische Universität Kaiserslautern (TUK) travaillent également sur ce sujet au sein du groupe de recherche Systèmes quantiques individuels. Ils reposent sur un condensat dit de Bose-Einstein constitué d'atomes de rubidium. « En physique, il s'agit d'un état de la matière comparable aux états liquide et gazeux. Cependant, un tel condensat est un état de mécanique quantique parfait qui se comporte comme une onde, " explique le professeur Widera. Le condensat est comparable à un gaz composé de très peu d'atomes.

Dans une étude récente, avec le professeur Eberhard Tiemann de l'Université Gottfried Wilhelm Leibniz de Hanovre, ils ont étudié les effets d'un seul atome de césium frappant un atome de rubidium. Pour observer les particules, les chercheurs doivent d'abord les refroidir à des températures juste au-dessus du zéro absolu. "Nous avons ensuite utilisé des pincettes optiques pour mettre les atomes en contact les uns avec les autres, " dit Felix Schmidt. Au cours de ce processus, les atomes sont retenus à l'aide de faisceaux laser. Les chercheurs ont maintenant ajouté un seul atome de césium au rubidium gazeux pour mesurer ce qui se passe avant et après la collision des atomes.

Les physiciens ont observé comment les particules changent leur moment cinétique pendant l'impact en mesurant l'état de l'atome de césium individuel avant et après la collision. Dans les atomes, le moment cinétique des particules est dans une certaine mesure présent dans des emballages individuels – ce qu'on appelle des quanta élémentaires. Les chercheurs ont maintenant observé que les atomes peuvent échanger deux de ces quanta de moment angulaire en même temps en un seul impact. Jusque là, seul l'échange d'un seul colis (quants) a été constaté. "Cela n'est possible que parce que nous avons mené l'expérience dans un champ magnétique faible, " dit Schmidt. Ainsi, l'énergie des atomes est si faible que c'est surtout l'interaction entre les éléments individuels qui détermine le résultat de l'impact. « Cela permet de transmettre simultanément deux quanta dits élémentaires, par exemple pour que le moment cinétique change deux fois, " poursuit le physicien.

Mais les scientifiques ont également observé un autre effet. "Le faible champ magnétique et la faible énergie cinétique font que les atomes interagissent les uns avec les autres mille fois plus gros que les atomes eux-mêmes, même à distance, " poursuit Schmidt. En modifiant l'intensité du champ magnétique, cet effet pourrait également être contrôlé. L'effet est directement lié à un état moléculaire très grand et très faiblement lié entre les deux particules. "Nous avons pu observer indirectement une énorme molécule d'environ deux micromètres, " dit Schmidt.

Cette connaissance de l'interaction entre particules à très basse énergie peut, par exemple, aider à étudier les liaisons dans les molécules. Ils sont constitués d'au moins deux atomes qui sont reliés par des interactions. Cela permettrait, entre autres, la préparation et l'étude de très grosses molécules.