parmi les cinq états dans lesquels la matière peut se trouver, le condensat de Bose-Einstein est peut-être le plus mystérieux. Les gaz, les liquides, les solides et les plasmas ont tous été bien étudiés pendant des décennies, voire des siècles; les condensats de Bose-Einstein n’ont été créés en laboratoire que dans les années 1990.
un condensat de Bose-Einstein est un groupe d’atomes refroidis à un cheveu du zéro absolu. Quand ils atteignent cette température, les atomes se déplacent à peine les uns par rapport aux autres; ils n’ont presque pas d’énergie libre pour le faire., À ce stade, les atomes commencent à s’agglutiner, et entrez les mêmes états d’énergie. Ils deviennent identiques, d’un point de vue physique, et tout le groupe commence à se comporter comme s’il s’agissait d’un seul atome.
pour faire un condensat de Bose-Einstein, vous commencez avec un nuage de gaz diffus. De nombreuses expériences commencent avec des atomes de rubidium. Ensuite, vous le refroidissez avec des lasers, en utilisant les faisceaux pour enlever l’énergie des atomes. Après cela, pour les refroidir davantage, les scientifiques utilisent le refroidissement par évaporation., « Avec a, vous partez d’un état désordonné, où l’énergie cinétique est supérieure à l’énergie potentielle », a déclaré Xuedong Hu, professeur de physique à L’Université de Buffalo. « Vous le refroidissez, mais il ne forme pas un treillis comme un solide. »
Au Lieu de cela, les atomes tombent dans les mêmes états quantiques et ne peuvent pas être distingués les uns des autres. À ce moment-là, les atomes commencent à obéir à ce qu’on appelle les statistiques de Bose-Einstein, qui sont généralement appliquées à des particules que vous ne pouvez pas distinguer, telles que les photons.,
théorie& découverte
les condensats de Bose-Einstein ont d’abord été prédits théoriquement par Satyendra Nath Bose (1894-1974), un physicien Indien qui a également découvert la particule subatomique qui porte son nom, le boson. Bose travaillait sur des problèmes statistiques en mécanique quantique et a envoyé ses idées à Albert Einstein. Einstein Les pensait assez importants pour les faire publier. Plus important encore, Einstein a vu que les mathématiques de Bose-plus tard connues sous le nom de statistiques de Bose — Einstein-pouvaient être appliquées aux atomes ainsi qu’à la lumière.,
Ce que les deux constaté que, normalement, les atomes doivent avoir certaines énergies en fait l’un des fondements de la mécanique quantique est que l’énergie d’un atome ou d’une autre particule subatomique ne peut pas être arbitraire. C’est pourquoi les électrons, par exemple, discrètes « orbitales » qu’ils doivent occuper, et pourquoi ils émettent des photons de longueurs d’onde spécifiques lorsqu’ils drop d’une orbitale, ou le niveau d’énergie à un autre. Mais refroidissez les atomes à moins de milliardièmes d’un degré de zéro absolu et certains atomes commencent à tomber dans le même niveau d’énergie, devenant indiscernables.,
C’est pourquoi les atomes d’un condensat de Bose-Einstein se comportent comme des « super atomes. »Quand on essaie de mesurer où ils sont, au lieu de voir des atomes discrets, on voit plus une boule floue.
Les autres états de la matière suivent tous le principe D’Exclusion de Pauli, nommé d’après le physicien Wolfgang Pauli. Pauli (1900-1958) était un physicien théoricien Suisse et américain D’origine autrichienne et l’un des pionniers du quantum physics.It dit que les fermions – les types de particules qui composent la matière — ne peuvent pas être dans des états quantiques identiques., C’est pourquoi lorsque deux électrons sont dans la même orbitale, leurs spins doivent être opposés afin qu’ils s’additionnent jusqu’à zéro. C’est l’une des raisons pour lesquelles la chimie fonctionne comme elle le fait et l’une des raisons pour lesquelles les atomes ne peuvent pas occuper le même espace en même temps. Les condensats de Bose-Einstein enfreignent cette règle.
bien que la théorie ait dit que de tels états de matière devraient exister, ce N’est qu’en 1995 Qu’Eric A. Cornell et Carl E., Wieman, tous deux du Joint Institute for Lab Astrophysics (JILA) à Boulder, Colorado, et Wolfgang Ketterle, du Massachusetts Institute of Technology, ont réussi à en créer un, pour lequel ils ont obtenu le prix Nobel de physique 2001.
en juillet 2018, une expérience à bord de la Station spatiale internationale a refroidi un nuage d’atomes de rubidium à dix millionième de degré au-dessus du zéro absolu, produisant un condensat de Bose-Einstein dans l’espace. L’expérience détient également le record de l’objet le plus froid que nous connaissions dans l’espace, bien que ce ne soit pas encore la chose la plus froide que l’humanité ait jamais créée.