Des lasers pour saisir des "instantanés" de collisions d'atomes

En utilisant des impulsions laser d'une durée de 70 femtosecondes (10^-15 seconde), des physiciens ont pu observer avec un détail jamais atteint auparavant ce qui se produit quand des atomes se heurtent. Les expériences du JILA, un Institut commun au National Institute of Standards and Technology (NIST) et à l'Université du Colorado, confirment une théorie vieille d'une décennie sur la façon dont les atomes, comme des balles de tennis, perdent brièvement leur forme et de l'énergie quand ils entrent en collision. Ces résultats aideront les scientifiques à étudier d'autres phénomènes atomiques et à mieux comprendre certaines lois de la physique.


Les nouvelles données fournissent l'équivalent de trames manquantes dans un film de collisions d'atomes. Comme dans le cas d'une balle de tennis frappée par une raquette, le mouvement est trop rapide pour l'oeil mais peut être détecté à l'aide de brefs éclairs de lumière. Les scientifiques du JILA ont collecté des données sur les propriétés des atomes avant, pendant et après des collisions durant la moitié d'une picoseconde (10^-12 seconde) à l'aide de flashs laser encore plus rapides.

Dans l'expérience, environ 10 trillions (10^+18) d'atomes d'un gaz dense de potassium sont entassés dans un récipient de titane d'un centimètre et chauffés à 700 °C. Avec une telle température et pour un si un grand nombre d'atomes, l'expérience est conçue pour maximiser le nombre de collisions. Des impulsions extrêmement rapides de lumière laser sont alors utilisées pour "geler" l'action.

Un premier laser émet une impulsion dont l'énergie est absorbée par les atomes, les plaçant dans un état uniforme (1). Avec un très court décalage, un deuxième laser frappe alors la masse des atomes, et un détecteur capte le signal formé par l'interaction des faisceaux. La lumière de la deuxième impulsion est absorbée et re-émise par les atomes qui sont "synchronisés" mais pas par les atomes qui se heurtent et perdent de l'énergie. L'intensité de ce signal, mesurée en fonction du retard entre les deux impulsions, fournit un "instantané" sur le nombre d'atomes en collision à tout moment, ainsi que des détails sur les modifications de leur profil ondulatoire.

(1) puisque le laser émet des ondes électromagnétiques cohérentes.