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Gaz quantique moléculaire ultrafroid

04.12.2020

Pour la première fois, des physiciens américains ont obtenu un état contrôlé d'un gaz quantique moléculaire ultrafroid, qui peut avoir de nombreuses applications pratiques - des appareils de mesure ultraprécis à l'informatique quantique.

Au sens classique, un gaz est constitué d'un grand nombre de particules se déplaçant de manière aléatoire. Lorsque le gaz est refroidi presque au zéro absolu, les molécules cessent de se comporter comme des particules et adoptent les propriétés d'ondes qui se chevauchent. Cet état est appelé gaz quantique et la température de transition d'un gaz moléculaire à un état quantique est appelée température de dégénérescence.
Les propriétés d'un gaz quantique dépendent du degré de sa dégénérescence, lorsque les molécules de gaz, comme les particules, se repoussent, mais interagissent à de grandes distances en raison de leurs ondes qui se chevauchent, de leurs moments dipolaires électriques et d'autres caractéristiques.

Des chercheurs de JILA - une coentreprise entre le National Institute of Standards and Technology (NIST) des États-Unis et l'Université du Colorado à Boulder - ont développé des outils pour "activer" l'état d'un gaz quantique moléculaire ultrafroid et contrôler les interactions intermoléculaires sur de longues distances .

Les gaz quantiques ultrafroids peuvent potentiellement trouver une application dans des dispositifs de mesure ultraprécis, pour modéliser des états extrêmes de la matière, créer des systèmes quantiques à plusieurs particules et dans l'informatique quantique.

Selon les auteurs, un nouveau schéma pour pousser un gaz moléculaire à son état d'énergie le plus bas, appelé dégénérescence quantique, qui supprime les réactions chimiques qui détruisent les molécules, nous permettra d'explorer des états quantiques exotiques dans lesquels toutes les molécules interagissent les unes avec les autres.

À une température de 250 nanokelvins - juste au-dessus du zéro absolu - les chercheurs ont créé un gaz dense d'environ vingt mille molécules dipolaires de potassium-rubidium, qui se comportent comme de minuscules aimants dans un champ électrique, du fait que les atomes de rubidium ont une charge positive, et atomes de potassium - négatifs.

L'activation lente du champ électrique horizontal pendant des centaines de millisecondes a réduit la force du piège dans une direction suffisamment longtemps pour que les molécules chaudes s'échappent et que les molécules restantes se refroidissent. À la fin de ce processus, les molécules sont revenues à leur état le plus stable, mais maintenant dans un gaz plus dense.

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