Les scientifiques ont observé pour la première fois le cinquième état de la matière dans l'espace, offrant un aperçu sans précédent qui pourrait aider à résoudre certaines des énigmes les plus insolubles de l'univers quantique, la recherche a montré jeudi.

Les condensats de Bose-Einstein (BEC) - dont l'existence a été prédite par Albert Einstein et le mathématicien indien Satyendra Nath Bose il y a près d'un siècle - se forment lorsque les atomes de certains éléments sont refroidis à près du zéro absolu (0 Kelvin, moins 273,15 Celsius).

À ce point, les atomes deviennent une entité unique avec des propriétés quantiques, où chaque particule fonctionne également comme une onde de matière.

Les BEC chevauchent la ligne entre le monde macroscopique régi par des forces telles que la gravité et le plan microscopique, régi par la mécanique quantique.

Les scientifiques pensent que les BEC contiennent des indices vitaux sur des phénomènes mystérieux tels que l'énergie noire, l'énergie inconnue qui serait à l'origine de l'expansion accélérée de l'Univers.

Mais les BEC sont extrêmement fragiles. La moindre interaction avec le monde extérieur suffit à les réchauffer au-delà de leur seuil de condensation.

Cela les rend presque impossibles pour les scientifiques à étudier sur Terre, où la gravité interfère avec les champs magnétiques nécessaires pour les maintenir en place pour l'observation.

Jeudi, une équipe de scientifiques de la NASA a dévoilé les premiers résultats des expériences BEC à bord de la Station spatiale internationale, où les particules peuvent être manipulées sans contraintes terrestres.

"La microgravité nous permet de confiner des atomes avec des forces beaucoup plus faibles, puisque nous n'avons pas à les soutenir contre la gravité, " Robert Thompson du California Institute of Technology, Pasadéna, dit à l'AFP.

Les recherches publiées dans la revue La nature documente plusieurs différences surprenantes dans les propriétés des BEC créés sur Terre et ceux à bord de l'ISS.

Pour une chose, Les BEC dans les laboratoires terrestres durent généralement quelques millisecondes avant de se dissiper.

A bord de l'ISS, les BEC ont duré plus d'une seconde, offrant à l'équipe une chance sans précédent d'étudier leurs propriétés.

La microgravité a également permis aux atomes d'être manipulés par des champs magnétiques plus faibles, accélérant leur refroidissement et permettant une imagerie plus claire.

Percée « remarquable »

Création du cinquième état de la matière, en particulier dans les limites physiques d'une station spatiale, n'est pas une mince affaire.

D'abord, les bosons - des particules qui ont un nombre égal de protons et d'électrons - sont refroidis à près du zéro absolu à l'aide de lasers pour les maintenir en place.

Plus les atomes se déplacent lentement, plus ils deviennent frais.

Comme ils perdent de la chaleur, un champ magnétique est introduit pour les empêcher de bouger et l'onde de chaque particule se dilate. Enfoncer de nombreux bosons dans un "piège" microscopique qui fait que leurs ondes se chevauchent en une seule onde de matière, une propriété connue sous le nom de dégénérescence quantique.

La seconde où le piège magnétique est libéré afin que les scientifiques étudient le condensat, cependant, les atomes commencent à se repousser, le nuage s'effondre et le BEC devient trop dilué pour être détecté.

Thompson et l'équipe ont réalisé que la microgravité à bord de l'ISS leur a permis de créer des BEC à partir de rubidium - un métal mou similaire au potassium - sur un piège beaucoup moins profond que sur Terre. Cela explique le temps considérablement accru pendant lequel le condensat a pu être étudié avant sa diffusion.

"Plus important encore, nous pouvons observer les atomes alors qu'ils flottent entièrement non confinés (et donc non perturbés) par des forces externes, ", a déclaré Thompson.

Des études antérieures essayant d'imiter l'effet de l'apesanteur sur les BEC ont utilisé des avions en chute libre, des roquettes et même des appareils largués de différentes hauteurs.

Le chef de l'équipe de recherche, David Aveline, a déclaré à l'AFP que l'étude des BEC en microgravité ouvrait de nombreuses opportunités de recherche.

« Les applications vont des tests de relativité générale et des recherches d'énergie noire et d'ondes gravitationnelles à la navigation des engins spatiaux et à la prospection de minéraux souterrains sur la lune et d'autres corps planétaires, " il a dit.

© 2020 AFP