Les chercheurs ont développé une nouvelle théorie pour enregistrer les températures les plus basses jamais mesurées, avec la plus grande précision permise par les lois de la Nature. Cet axe de recherche promet de révolutionner la physique des basses températures et pourrait trouver une pléthore d'applications dans les technologies quantiques émergentes.

Une collaboration récente impliquant une équipe de l'Université de Nottingham et l'Institute of Photonic Sciences (Barcelone, Espagne), montre que c'est possible, en principe, mesurer des températures inférieures au milliardième de Kelvin (!) dans un gaz atomique froid sans le perturber de manière significative, surpassant les normes de précision actuelles. Le travail a été publié dans la dernière édition de la revue Lettres d'examen physique .

Dans leur étude, les chercheurs ont modélisé un condensat de Bose-Einstein, un état unique de la matière obtenu en refroidissant un gaz atomique à des températures extrêmement basses, à l'aide de paramètres expérimentaux réalistes. La technique thermométrique fonctionnerait en incorporant un atome d'impureté dans le condensat atomique, de sorte qu'il acquiert des informations sur la température de l'échantillon par interaction. En particulier, sa position et sa vitesse deviennent dépendantes de la température de sorte que, en les surveillant, la température peut être déduite avec une grande précision sans perturber le condensat.

Refroidissement des gaz atomiques

Les gaz atomiques ultra-froids sont une plate-forme expérimentale très polyvalente pour un certain nombre d'applications telles que la simulation de systèmes fortement corrélés, traitement de l'information quantique, ou la production de faisceaux d'électrons (froids) de haute qualité pour la microscopie électronique ou la diffraction électronique. Pour la plupart de ces applications, il est essentiel de refroidir le gaz atomique aux températures les plus basses possibles. La détermination précise de la température de ces systèmes est également critique pour les applications.

Mohamed Mehboudi, l'auteur principal de l'article a déclaré :« Les techniques thermométriques les plus courantes actuellement disponibles pour les atomes froids sont destructrices ; c'est-à-dire, l'échantillon est détruit à la suite de la mesure. D'autre part, les techniques non destructives manquent généralement de la précision nécessaire à très basse température. Notre recherche fournit une solution qui surmonte ces deux problèmes".

Des réalisations expérimentales exceptionnelles permettent aujourd'hui une thermométrie de haute précision à très basse température. Cependant, en fonction de la plate-forme expérimentale spécifique, le mécanisme physique sous-jacent, précision, et la plage de température effective des différents schémas thermométriques varie sensiblement. Le Dr Luis Correa a également travaillé dans l'étude et souligne :« Le cadre théorique nouvellement développé de la thermométrie quantique cherche à déterminer les limites fondamentales de la précision des mesures de température proches du zéro absolu; et il s'applique universellement à tout système. cela peut fournir des indices sur la façon d'améliorer les normes thermométriques à basse température actuelles. »