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 où le système absorbe continuellement de l'énergie. Lorsqu'un système est soumis à une secousse circulaire, la
quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d'énergie absorbée peut dépendre de l'
orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) 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...) une "
phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) 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...), 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...).
Figure: Des atomes ultrafroids manipulés par laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) 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...) 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 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...) 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 de
recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) "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 libre de Bruxelles Faculté des Sciences,
Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) des Systèmes Complexes et
Mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) Statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon....)
- http://nathan-goldmanphysics.com