Des chercheurs du MIT-Harvard Center pour les atomes ultrafroids et du laboratoire de recherche en électronique ont proposé une nouvelle méthode pour produire des condensats 3-D de Bose-Einstein en utilisant uniquement le refroidissement par laser. Dans leur étude, présenté dans Lettres d'examen physique , ils ont démontré l'efficacité de leur technique pour produire des condensats de Bose-Einstein, atteindre des températures bien inférieures à la température de recul effective.

Dans les recherches antérieures en physique, La condensation de Bose-Einstein (BEC) par refroidissement laser direct était une méthode souvent recherchée, objectif pourtant très insaisissable. Il a été tenté pour la première fois par Steven Chu, qui a remporté le prix Nobel pour le refroidissement laser, et vers 1995 par Mark Kasevich, qui n'a pas réussi à l'époque. D'autres groupes dirigés par Carl Wieman et Eric Cornell, et par Wolfgang Ketterle, tous les lauréats du prix Nobel de BEC, réussi à atteindre le BEC en utilisant plutôt le refroidissement par évaporation. Finalement, la plupart des chercheurs ont renoncé à essayer de produire du BEC en utilisant uniquement le refroidissement laser, jusqu'à cette nouvelle étude révolutionnaire.

"Il y a quelques années, J'ai eu une idée de comment réduire le principal obstacle au refroidissement laser des atomes, la formation induite par la lumière de molécules à partir d'atomes, en utilisant des fréquences laser spécifiques, " Vladan Vuletić, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Par rapport au refroidissement par évaporation, le refroidissement laser avait le potentiel d'être plus rapide et plus efficace, résultant en des contraintes réduites pour la configuration expérimentale."

Le refroidissement laser des atomes implique de positionner soigneusement un ensemble de lasers et de les régler pour ralentir le mouvement des atomes en les frappant avec des photons. Cette technique est couramment utilisée pour créer des nuages ​​froids d'atomes, mais l'utiliser pour créer des échantillons d'atomes froids avec une densité suffisamment élevée pour BEC s'était jusqu'à présent avéré très difficile. Une des principales raisons à cela est que la lumière laser peut photoassocier les atomes voisins en molécules, qui quittent alors le piège atomique.

"Nous avons découvert que nous pouvions réduire considérablement les pertes d'atomes en choisissant délibérément l'énergie du laser de pompage pour ne pas correspondre à la quantité d'énergie requise pour former des molécules, " expliqua Vuletić. " Combiné à une séquence soigneusement optimisée de ce qu'on appelle le refroidissement Raman (démontré pour la première fois par Chu et Kasevich), cela nous a permis de produire un nuage froid d'atomes avec une densité suffisamment élevée pour créer un BEC de taille moyenne en environ une seconde de refroidissement."

Dans leur étude, Vuletić et ses collègues ont piégé des atomes dans un piège à dipôle optique croisé et les ont refroidis par refroidissement Raman, avec une lumière de pompage optique à résonance lointaine pour réduire la perte d'atomes et le chauffage. Cette technique leur a permis d'atteindre des températures nettement inférieures à la température de recul effective (l'échelle de température associée à la quantité de mouvement de recul d'un photon), sur une échelle de temps qui est de 10 à 50 fois plus rapide que l'échelle de temps d'évaporation typique.

"Une production aussi rapide de BEC est déjà à égalité avec les meilleures techniques d'évaporation, qui ont été optimisés pour la vitesse, mettre en évidence le potentiel de la nouvelle technique de refroidissement laser, " a déclaré Vuletić. "Notre méthode de refroidissement laser devrait être applicable à d'autres espèces d'atomes à l'avenir, ainsi qu'au refroidissement des molécules. Notre méthode plus rapide donne un meilleur rapport signal/bruit, et permet à de nouvelles expériences d'étudier des gaz quantiques qui étaient difficiles à réaliser auparavant."

La nouvelle méthode introduite par Vuletić et ses collègues pourrait avoir de nombreuses implications pour les futures recherches en physique. Par exemple, il pourrait permettre la production rapide de gaz dégénérés quantiques dans une variété de systèmes, y compris les fermions. Dans leur travail actuel, les chercheurs utilisent leur système pour étudier des gaz quantiques 1-D avec des interactions attractives, qui devraient théoriquement s'effondrer mais sont plutôt stabilisés par la pression quantique.

"À l'avenir, nous aimerions appliquer la même technique aux atomes fermioniques, " dit Vuletić. " Les atomes fermioniques ne se condensent pas, mais évitez-vous les uns les autres, et forment à la place un soi-disant gaz de Fermi dégénéré quantique à basse température. De tels systèmes peuvent être utilisés pour étudier les électrons (qui sont aussi des fermions) dans les systèmes à l'état solide, par exemple. afin de comprendre la nature du magnétisme et de la supraconductivité à haute température."

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