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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 d'énergie absorbée peut dépendre de l'orientation 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 une "phase topologique". Selon cette prédiction théorique, la quantification de l'énergie absorbée est directement liée à la topologie, un concept mathématique fondamental qui caractérise ces états exotiques de la matière.
Figure: Des atomes ultrafroids manipulés par laser 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 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 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 "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 des Systèmes Complexes et Mécanique Statistique
- http://nathan-goldmanphysics.com
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