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Posté par Michel le Samedi 10/11/2007 à 00:00
Physique quantique: le couple parfait
L'électrodynamique quantique en cavité est une branche de la physique quantique qui utilise des atomes piégés entre deux miroirs (une cavité) pour les faire interagir avec des photons. Elle permet de faire progresser notre compréhension des phénomènes quantiques et constitue aujourd'hui un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) actif.

Des études précédentes ont démontré un fort couplage entre un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) individuel et un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules...) dans la cavité, de sorte que l'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) et le photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...) forment une entité inséparable.

L'équipe de Jakob Reichel, au LKB, ajoute un nouvel ingrédient à l'électrodynamique quantique (L'électrodynamique quantique relativiste est une théorie physique ayant pour but de concilier l'électromagnétisme avec la mécanique quantique en...) en cavité. L'expérience utilise non plus un seul mais des milliers d'atomes, ce qui renforce l'intensité du couplage. De plus, les atomes sont présents dans la cavité sous forme d'un condensat de Bose-Einstein (Un condensat de Bose-Einstein est un état de la matière formé de bosons à une température suffisamment basse, caractérisé par une fraction macroscopique d'atomes dans l'état...) (1), ce qui permet notamment un excellent contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de la position des atomes, et donc de leur couplage à la cavité. Ce résultat est une première, qui a été réalisée grâce à l'association d'un nouveau type de cavité microscopique (2) et d'une "puce à atome", laquelle miniaturise le dispositif expérimental et simplifie la production du condensat. Ces deux technologies constituent le couple parfait pour ce genre d'expérience.


Dans le cercle agrandi, deux paires de fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) optiques forment deux cavités microscopiques.
La puce à atomes, en bas à gauche, forme l'une des parois d'une petite enceinte à vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.),
dans laquelle on crée le condensat de Bose-Einstein.
Elle permet de positionner le condensat dans la cavité entre deux fibres

Cette expérience pourrait conduire à des applications dans le domaine des communications et de l'informatique quantique (L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des ordinateurs quantiques utilisant des phénomènes de la mécanique quantique, par...).

Notes:
(1) Le condensat de Bose-Einstein est un nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage...) d'atomes ultrafroids qui occupent tous l'état quantique (En mécanique quantique, l'état d'un système décrit tous les aspects du système physique. Il est représenté par un objet mathématique qui donne le maximum d'information possible sur le système, dans le but de prévoir...) fondamental ; sa taille est réduite à son minimum théorique.
(2) Des fibres optiques sont modelées par un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de...) de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) pour produire des surfaces de miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent...) extrêmement lisses, puis sont placées face à face, à 39 micromètres de distance.


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Source: CNRS
Illustration: © Tilo STEINMETZ