Un état de liaison spécial entre les atomes a été créé en laboratoire pour la première fois :avec un faisceau laser, les atomes peuvent être polarisés de sorte qu'ils soient chargés positivement d'un côté et chargés négativement de l'autre. Cela les fait s'attirer mutuellement, créant un état de liaison très spécial - beaucoup plus faible que la liaison entre deux atomes dans une molécule ordinaire, mais toujours mesurable. L'attraction provient des atomes polarisés eux-mêmes, mais c'est le faisceau laser qui leur en donne la capacité - en un sens, c'est une "molécule" de lumière et de matière.

Théoriquement, cet effet a été prédit depuis longtemps, mais maintenant, des scientifiques du Centre de Vienne pour la science et la technologie quantiques (VCQ) de la TU Wien, en coopération avec l'Université d'Innsbruck, ont réussi à mesurer cette liaison atomique exotique pour la première fois. temps. Cette interaction est utile pour manipuler des atomes extrêmement froids, et l'effet pourrait également jouer un rôle dans la formation de molécules dans l'espace. Les résultats viennent d'être publiés dans la revue scientifique Physical Review X .

Charge positive et négative

Dans un atome électriquement neutre, un noyau atomique chargé positivement est entouré d'électrons chargés négativement, qui entourent le noyau atomique un peu comme un nuage. "Si vous allumez maintenant un champ électrique externe, cette distribution de charge se déplace un peu", explique le professeur Philipp Haslinger, dont les recherches à l'Atominstitut de la TU Wien sont soutenues par le programme FWF START. "La charge positive est légèrement décalée dans un sens, la charge négative légèrement dans l'autre sens, l'atome a soudainement un côté positif et un côté négatif, il est polarisé."

La lumière n'est qu'un champ électromagnétique qui change très rapidement, il est donc également possible de créer cet effet de polarisation avec la lumière laser. Lorsque plusieurs atomes sont côte à côte, la lumière laser les polarise tous exactement de la même manière :positif à gauche et négatif à droite, ou vice versa. Dans les deux cas, deux atomes voisins tournent des charges différentes l'un vers l'autre, conduisant à une force d'attraction.

Expériences avec le piège à atomes

"Il s'agit d'une force d'attraction très faible, vous devez donc mener l'expérience très soigneusement pour pouvoir la mesurer", explique Mira Maiwöger de TU Wien, le premier auteur de la publication. "Si les atomes ont beaucoup d'énergie et se déplacent rapidement, la force d'attraction disparaît immédiatement. C'est pourquoi un nuage d'atomes ultrafroids a été utilisé."

Les atomes sont d'abord capturés et refroidis dans un piège magnétique sur une puce atomique, une technique qui a été développée à l'Atominstitut dans le groupe du professeur Jörg Schmiedmayer. Ensuite, le piège est éteint et libère les atomes en chute libre. Le nuage d'atomes est "ultra-froid" à moins d'un millionième de Kelvin, mais il a suffisamment d'énergie pour se dilater pendant la chute. Cependant, si les atomes sont polarisés avec un faisceau laser pendant cette phase et qu'ainsi une force d'attraction est créée entre eux, cette expansion du nuage atomique est ralentie - et c'est ainsi que la force d'attraction est mesurée.

Laboratoire et espace quantiques

"La polarisation d'atomes individuels avec des faisceaux laser n'a rien de nouveau", déclare Matthias Sonnleitner, qui a jeté les bases théoriques de l'expérience. "Cependant, l'élément crucial de notre expérience est que nous avons réussi pour la première fois à polariser plusieurs atomes ensemble de manière contrôlée, créant ainsi une force d'attraction mesurable entre eux."

Cette force d'attraction est un outil complémentaire pour contrôler les atomes froids. Mais cela pourrait aussi être important en astrophysique :"Dans l'immensité de l'espace, de petites forces peuvent jouer un rôle important", explique Philipp Haslinger. "Ici, nous avons pu montrer pour la première fois que le rayonnement électromagnétique peut générer une force entre les atomes, ce qui peut aider à apporter un nouvel éclairage sur des scénarios astrophysiques qui n'ont pas encore été expliqués." + Explorer plus loin

Le piège magnéto-optique personnalisé permet de refroidir les atomes d'indium à un niveau proche du zéro absolu