Dans le cadre d'un effort pionnier, des chercheurs de l'Université d'Innsbruck, en collaboration avec l'Université de Durham, ont réalisé pour la première fois une condensation de Bose-Einstein d'atomes de césium à l'état non fondamental. Publié dans Communications Nature , cette recherche ouvre la voie à de nouvelles expériences avec des gaz atomiques ultra-froids et à l'étude de la physique quantique à N corps.
Le monde des atomes, généralement caractérisé par un chaos et une chaleur aléatoires, subit une transformation remarquable lorsque les atomes sont considérablement refroidis. À des températures juste au-dessus du zéro absolu, les atomes entrent dans un état quantique unique appelé condensat de Bose-Einstein (BEC), dans lequel ils se comportent comme une entité unique et cohérente. La première réalisation réussie d'un BEC a eu lieu en 1995, 70 ans après la prédiction théorique d'Albert Einstein et Satyendra Nath Bose.
Depuis lors, les chercheurs se sont penchés sur les propriétés particulières de ces gaz ultra-froids pour percer les mystères de la mécanique quantique. De plus, les gaz atomiques ultrafroids, connus pour leur haut degré de contrôlabilité, ont servi de bancs d'essai inestimables pour la physique quantique à quelques ou à plusieurs corps.
Le césium, en particulier, a joué un rôle déterminant à cet égard en raison de son riche paysage de résonances de Feshbach, permettant un réglage précis des interactions. Traditionnellement, le césium est condensé dans son état fondamental absolu. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université d'Innsbruck, en collaboration avec une équipe théorique de l'Université de Durham, ont réalisé pour la première fois la condensation d'atomes de césium dans l'état mF =2 excité par Zeeman, une configuration non fondamentale. /P>
"La réalisation de la condensation de Bose-Einstein dépend du maintien d'un rapport favorable entre bonnes et mauvaises collisions. Les collisions élastiques jouent un rôle crucial dans le processus d'évaporation et de thermalisation, tandis que les collisions inélastiques à deux corps et la recombinaison à trois corps peuvent diminuer l'efficacité du refroidissement. , peut-être au point que le BEC ne peut pas être atteint", explique Milena Horvath, la première auteure de l'étude.
L’équipe a identifié deux régions distinctes de champ magnétique où la condensation est possible, avec des pertes négligeables à deux corps et des pertes à trois corps suffisamment supprimées. "La condensation des atomes de césium dans cette configuration non fondamentale a également révélé des mécanismes intéressants et inattendus de perte à trois corps", explique Horvath.
"La découverte de mécanismes inattendus de perte de trois corps met en évidence les subtilités des systèmes d'atomes ultrafroids et souligne l'importance d'une expérimentation détaillée", ajoute le scientifique principal Hanns-Christoph Nägerl.
Cette dernière réalisation s'appuie sur deux décennies de progrès depuis la première condensation du césium à Innsbruck en 2003, démontrant les progrès en cours dans ce domaine. "Cette réalisation s'ajoute à la riche histoire de la recherche quantique à Innsbruck", déclare Hanns-Christoph Nägerl.
"Alors que nous poursuivons notre voyage, nous sommes impatients d'approfondir notre compréhension de la physique quantique à N corps, comme la physique des impuretés et des polarons, ainsi que les transitions de phase topologiques et les mélanges de gaz quantiques."
Plus d'informations : Milena Horvath et al, Condensation de Bose-Einstein d'atomes de césium non fondamentaux, Nature Communications (2024). DOI :10.1038/s41467-024-47760-0
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par l'Université d'Innsbruck
