Échauffement de la matière quantique: une prédiction physique confirmée
Publié par Redbran le 10/05/2019 à 14:00
Source: ULB
Des physiciens démontrent une loi de quantification pour l'échauffement de la matière, offrant une sonde universelle pour l'analyse de ses phases exotiques.

Secouer un système physique conduit généralement à un échauffement, dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine....) où le système absorbe continuellement de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). Lorsqu'un système est soumis à une secousse circulaire, la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un...) d'énergie absorbée peut dépendre de l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la...) de cette perturbation, un phénomène bien connu sous le nom de dichroïsme circulaire. En 2017, Nathan Goldman (Faculté des Sciences, ULB), Peter Zoller (IQOQI, Innsbruck) et leurs collègues ont démontré que ce dichroïsme circulaire pouvait être quantifié, l'échauffement suivant une évolution par paliers définis par des nombres entiers. Cette quantification se produit dans des systèmes quantiques formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque voyelle se caractérise...) une "phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) topologique". Selon cette prédiction théorique, la quantification de l'énergie absorbée est directement liée à la topologie (La topologie est une branche des mathématiques concernant l'étude des déformations spatiales par des transformations continues (sans arrachages ni recollement des structures).), un concept mathématique fondamental qui caractérise ces états exotiques de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et possède...).


Figure: Des atomes ultrafroids manipulés par laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain...) démontrent la quantification du dichroïsme circulaire.
Credit: Nathan Goldman

Dans un article paru dans Nature Physics, le groupe expérimental de Klaus Sengstock et Christof Weitenberg (Hambourg), en collaboration étroite avec l'équipe de Nathan Goldman, présente une première observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la...) de dichroïsme circulaire quantifié. Suivant de près la proposition théorique de Goldman, Zoller et al., les expérimentateurs ont réalisé une phase topologique en manipulant un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière...) d'atomes ultrafroids avec des lasers, et ils ont étudié les propriétés du chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.) de ce système sous l'effet d'une secousse circulaire du gaz. La mesure minutieuse des taux d'échauffement du gaz, pour un grand intervalle de fréquences, a permis aux expérimentateurs de valider la loi de quantification prédite par Goldman, Zoller et al. en 2017, en parfait accord avec la phase topologique créée dans leur laboratoire.

Outre la beauté de ce phénomène, qui relie les effets du chauffage à la topologie via une loi de quantification élégante, les résultats présentés dans cette étude suggèrent que les mesures de l'échauffement permettent de sonder, de façon efficace et universelle, les phases exotiques de la matière.

Cette étude a été réalisée dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) 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...) "TOPOCOLD", mené par Nathan Goldman avec le soutien d'une bourse "Starting Grant" du Conseil Européen de la Recherche (ERC).

Reference publication: Measuring quantized circular dichroism in ultracold topological matter L. Asteria, D. T. Tran, T. Ozawa, M. Tarnowski, B. S. Rem, N. Fläschner, K. Sengstock, N. Goldman and C. Weitenberg - Nature Physics, 18th Feb. 2019 DOI: 10.1038/s41567-019-0417-8

Contact chercheur:
Prof. Nathan Goldman Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures)....) libre de Bruxelles Faculté des Sciences, Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un...) des Systèmes Complexes et Mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui...) Statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une méthode statistique à un...)
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