Dans une première pour la physique quantique, Des chercheurs de l'Université d'Otago ont « maintenu » des atomes individuels en place et observé des interactions atomiques complexes inédites.

Une myriade d'équipements dont des lasers, miroirs, une chambre à vide, et des microscopes assemblés dans le département de physique d'Otago, plus beaucoup de temps, énergie, et savoir-faire, ont fourni les ingrédients pour enquêter sur ce processus quantique, ce qui jusqu'à présent n'était compris que par moyennage statistique à partir d'expériences impliquant un grand nombre d'atomes.

L'expérience améliore les connaissances actuelles en offrant une vue inédite du monde microscopique, surprenant les chercheurs avec les résultats.

"Notre méthode implique le piégeage individuel et le refroidissement de trois atomes à une température d'environ un millionième de Kelvin en utilisant des faisceaux laser hautement focalisés dans une chambre hyper-vide, environ la taille d'un grille-pain. Nous combinons lentement les pièges contenant les atomes pour produire des interactions contrôlées que nous mesurons, " déclare le professeur agrégé Mikkel F. Andersen du département de physique d'Otago.

Lorsque les trois atomes se rapprochent, deux forment une molécule, et tous reçoivent un coup de pied de l'énergie libérée dans le processus. Une caméra de microscope permet d'agrandir et de visualiser le processus.

"Deux atomes seuls ne peuvent pas former une molécule, il en faut au moins trois pour faire de la chimie. Notre travail est la première fois que ce processus de base a été étudié isolément, et il s'avère qu'il a donné plusieurs résultats surprenants qui n'étaient pas attendus des mesures précédentes dans de grands nuages ​​d'atomes, " déclare le chercheur postdoctoral Marvin Weyland, qui a mené l'expérience.

Par exemple, les chercheurs ont pu voir le résultat exact des processus individuels, et observé un nouveau processus où deux des atomes quittent l'expérience ensemble. Jusqu'à maintenant, ce niveau de détail a été impossible à observer dans des expériences avec de nombreux atomes.

"En travaillant à ce niveau moléculaire, nous en savons maintenant plus sur la façon dont les atomes entrent en collision et réagissent les uns avec les autres. Avec le développement, cette technique pourrait fournir un moyen de construire et de contrôler des molécules uniques de produits chimiques particuliers, " ajoute Weyland.

Le professeur agrégé Andersen admet que la technique et le niveau de détail peuvent être difficiles à comprendre pour ceux qui ne font pas partie du monde de la physique quantique, Cependant, il pense que les applications de cette science seront utiles au développement de futures technologies quantiques qui pourraient avoir un impact sur la société autant que les technologies quantiques antérieures qui ont permis aux ordinateurs modernes et à Internet.

« La recherche sur la capacité de construire à une échelle de plus en plus petite a alimenté une grande partie du développement technologique au cours des dernières décennies. Par exemple, c'est la seule raison pour laquelle les téléphones portables d'aujourd'hui ont plus de puissance de calcul que les supercalculateurs des années 1980. Notre recherche essaie d'ouvrir la voie pour pouvoir construire à la plus petite échelle possible, à savoir l'échelle atomique, et je suis ravi de voir comment nos découvertes influenceront les progrès technologiques à l'avenir, ", déclare le professeur agrégé Andersen.

Les résultats de l'expérience ont montré qu'il a fallu beaucoup plus de temps que prévu pour former une molécule par rapport à d'autres expériences et calculs théoriques, qui sont actuellement insuffisants pour expliquer ce phénomène. Alors que les chercheurs suggèrent des mécanismes qui peuvent expliquer l'écart, ils mettent en évidence un besoin de développements théoriques supplémentaires dans ce domaine de la mécanique quantique expérimentale.