Un laser atomique qui pourrait fonctionner “pour toujours”

Dans un rapport de recherche publié dans la revue Nature, un nouveau développement a été fait concernant le laser atomique.

De nouvelles avancées ont permis aux physiciens de créer un faisceau d’atomes qui se comporte exactement comme un laser et pourrait théoriquement durer « pour toujours ».

Dans un rapport de recherche publié dans la revue Nature, un nouveau développement a été fait concernant le laser atomique.

Bien que la nouvelle signifie en fin de compte que la technologie progresse vers une application pratique, il existe encore des limites majeures. Néanmoins, c’est un grand pas en avant pour la découverte du soi-disant «laser atomique», un faisceau d’atomes se déplaçant en une seule onde qui pourrait un jour être utilisé pour tester des constantes physiques fondamentales et effectuer une ingénierie technologique précise.

Les lasers atomiques sont très courts dans nos vies. Le premier laser atomique a été créé en 1996 par une équipe de physiciens du Massachusetts Institute of Technology (MIT). L’idée semble très simple : tout comme un laser conventionnel à base de lumière est constitué de photons se déplaçant en synchronisation avec des ondes, la nature ondulatoire intrinsèque d’un laser composé d’atomes doit être synchronisée avant de pouvoir être diffusée dans un faisceau.

Cependant, comme beaucoup de questions scientifiques, il est plus facile à conceptualiser qu’à réaliser. L’origine du laser atomique est l’un des états de la matière appelé «condensation de Bose-Einstein» ou «BEC» en abrégé. Les BEC se forment en refroidissant le nuage de bosons jusqu’à une fraction du zéro absolu. À des températures aussi basses, les atomes atteignent leur état d’énergie le plus bas possible sans s’arrêter complètement. Une fois qu’elles atteignent des énergies aussi basses, les propriétés quantiques des particules ne peuvent plus communiquer entre elles ; ils se rapprochent de manière superposée, ce qui donne un « superatome » ou un nuage d’atomes à haute densité qui se comporte comme une vague de matière.

TROP FRAGILE ET INSTABLE

D’un autre côté, les BEC sont comme un paradoxe. Ils sont extrêmement fragiles; même la lumière seule peut détruire le BEC. Étant donné que les atomes du BEC sont refroidis par des lasers optiques, cela signifie généralement que l’existence du BEC est temporaire.

Les lasers atomiques que les scientifiques ont pu créer jusqu’à présent étaient de type discontinu plutôt que continu et n’impliquaient qu’un allumage pulsé avant la production du nouveau BEC.

Une équipe de recherche de l’Université d’Amsterdam aux Pays-Bas s’est rendu compte que quelque chose devait changer afin de créer un BEC sans faille. “Dans les expériences précédentes, le refroidissement progressif des atomes se faisait en un seul endroit”, explique le physicien Florian Schreck. Dans notre montage, nous avons décidé d’agencer les phases de refroidissement dans l’espace, et non dans le temps : nous déplaçons les atomes au fur et à mesure que nous progressons dans les étapes de refroidissement successives », explique-t-il. D’un autre côté, pendant que ces atomes sont utilisés, de nouveaux atomes sont déjà en route pour alimenter le BEC. De cette façon, nous pouvons continuer le processus pour toujours. »

PRODUCTION CONTINUE DISPONIBLE

Ce « centre expérimental » est un piège qui protège le BEC de la lumière et un réservoir qui peut être rempli en continu au fur et à mesure de l’expérimentation. D’autre part, protéger le BEC de la lumière produite par le laser qui le refroidissait était simple en théorie, mais encore une fois un peu plus difficile en pratique. Il n’y avait pas seulement des obstacles techniques, mais aussi bureaucratiques et administratifs.

“Lorsque nous avons déménagé à Amsterdam en 2013, nous avons commencé avec une grande foi, nous avons emprunté des fonds, une chambre gratuite et une équipe entièrement financée par des dons personnels”, explique Chun-Chia Chen, la physicienne qui a dirigé la recherche. Aux premières heures du matin de Noël, l’expérience était enfin sur le point d’être réalisée. Nous avons eu l’idée d’ajouter un faisceau laser supplémentaire pour résoudre le dernier problème technique, et les clichés que nous avons pris ont révélé le résultat, qui était la première vague continue de BEC. »

Enfin, puisque la partie de “l’atome continu”, qui est la première étape du laser atomique continu, a été réalisée, il déclare que l’équipe essaie de maintenir un faisceau atomique stable à l’étape suivante. Ils pourraient y parvenir en transférant l’atome dans un état non capturé, créant ainsi une vague de matière qui se propage.

PEUT EXPLIQUER LA RELATION ENTRE LA RELATIVITÉ ET LE QUANTIQUE

Ils disent que leurs recherches ouvrent des possibilités passionnantes, car ils utilisent des atomes de strontium, un choix populaire dans le contexte du BEC. Par exemple, l’interférométrie atomique utilisant le strontium BEC peut être utilisée pour mener des recherches sur la relativité et la mécanique quantique ou pour détecter les ondes gravitationnelles.

“Notre expérience est un analogue de la matière et un laser optique à onde continue contenant des miroirs entièrement réfléchissants dans une cavité”, écrivent les chercheurs dans leur article publié. donne une partie de l’optique atomique.”

Auteur : Michelle Starr, Source : Le Mur

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