Des chercheurs ont créé un condensat de Bose-Einstein à une vitesse record, créant la phase fascinante de la matière en environ 100 femtosecondes. Pour avoir une idée de la rapidité, cent femtosecondes par rapport à une seconde équivaut proportionnellement à un jour par rapport à l'âge de l'univers. Le projet est le résultat d'une collaboration entre l'Université Aalto et l'Université de Finlande orientale.

La condensation de Bose-Einstein est un phénomène quantique où un grand nombre de particules commencent à se comporter comme si elles n'en faisaient qu'une. Albert Einstein et Satyendra Nath Bose ont prédit ce comportement fascinant au début du siècle dernier. De nombreux systèmes différents, comme les gaz d'atomes alcalins ou de semi-conducteurs couplés à la lumière, ont été utilisées pour observer ces condensats. Aucun d'eux n'existe, cependant, aussi vite que le condensat de Bose-Einstein des chercheurs finlandais.

Les condensats de Bose-Einstein composés de lumière sont similaires aux lasers et particulièrement prometteurs pour les technologies de l'information et quantiques. Le transfert d'informations sur Internet repose aujourd'hui sur la grande vitesse de la lumière. En principe, la lumière peut également être utilisée pour fournir un calcul ultrarapide avec une faible consommation d'énergie, mais pour y parvenir, il faut repousser les limites de ce que nous savons de l'interaction de la lumière avec la matière.

Dans notre monde quotidien, des molécules d'eau d'air humide se condensent à la surface d'une canette de bière froide. De la même manière, dans le monde quantique, les particules doivent trouver un moyen de perdre leur énergie afin de se condenser à l'état d'énergie le plus bas possible. Ce processus prend généralement entre des milliers de secondes et des trillions de secondes. Comment était-il possible de former un condensat encore plus rapidement ?

"Après avoir soigneusement analysé nos données de mesure, nous avons réalisé que la relaxation énergétique dans notre système est un processus hautement stimulé. Cela signifie que l'interaction efficace des photons, qui conduit à la condensation, accélère lorsque le nombre de photons augmente. Un tel phénomène est la clé de l'accélération, " explique Aaro Väkeväinen qui a obtenu son doctorat avec ces résultats. Un autre défi était de prouver que la condensation se produit effectivement avec une vitesse record, puisque même les caméras de laboratoire avancées sont en deçà d'une telle résolution temporelle. "Quand nous avons pompé de l'énergie dans les molécules en 50 femtosecondes, le condensat a été observé. Mais avec une impulsion de pompe de 300 femtosecondes, nous ne l'avons pas vu, qui indiquait que la condensation devait se déclencher encore plus rapidement, ", explique le doctorant Antti Moilanen.

"Ce condensat produit un faisceau lumineux cohérent qui est 100 000 fois plus brillant que le premier condensat de polaritons de plasmons de surface que nous avons observé dans un réseau de nanotiges métalliques il y a deux ans, " commente le professeur de l'Académie Päivi Törmä. Le grand nombre de photons dans le faisceau permet une observation claire de la distribution des photons à différentes énergies qui a été prédite par Bose et Einstein, comme le montre la figure. « La luminosité du faisceau permet d'explorer plus facilement de nouveaux domaines de recherche fondamentale et d'applications avec ces condensats, " poursuit-elle. Une invention issue de la recherche sur les condensats du groupe vient d'obtenir un brevet et sera encore développée.