Des physiciens observent une nouvelle phase dans le condensat de Bose-Einstein de particules légères –

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  • Un seul «super photon» composé de plusieurs milliers de particules de lumière individuelles: il y a environ dix ans, des chercheurs de l’Université de Bonn ont produit pour la première fois un état d’agrégat aussi extrême et présenté une toute nouvelle source de lumière. L’état est appelé condensat optique de Bose-Einstein et a captivé de nombreux physiciens depuis, car ce monde exotique de particules de lumière abrite ses propres phénomènes physiques. Les chercheurs dirigés par le professeur Martin Weitz, qui a découvert le super photon, et le physicien théoricien, le professeur Johann Kroha, sont revenus de leur dernière «expédition» dans le monde quantique avec une observation très spéciale. Ils rapportent une nouvelle transition de phase jusque-là inconnue dans le condensat optique de Bose-Einstein. Il s’agit d’une phase dite de suramortissement. Les résultats peuvent à long terme être pertinents pour une communication quantique cryptée. L’étude a été publiée dans la revue La science.

    Le condensat de Bose-Einstein est un état physique extrême qui ne se produit généralement qu’à de très basses températures. Ce qui est spécial: les particules de ce système ne se distinguent plus et sont majoritairement dans le même état de mécanique quantique, c’est-à-dire qu’elles se comportent comme une seule «superparticule» géante. L’état peut donc être décrit par une seule fonction d’onde.

    En 2010, des chercheurs dirigés par Martin Weitz ont réussi pour la première fois à créer un condensat de Bose-Einstein à partir de particules lumineuses (photons). Leur système spécial est toujours utilisé aujourd’hui: les physiciens piègent les particules lumineuses dans un résonateur constitué de deux miroirs incurvés espacés d’un peu plus d’un micromètre qui réfléchissent un faisceau lumineux à va-et-vient rapide. L’espace est rempli d’une solution de colorant liquide, qui sert à refroidir les photons. Ceci est fait par les molécules de colorant “avalant” les photons puis les recrachant à nouveau, ce qui amène les particules de lumière à la température de la solution de colorant – équivalente à la température ambiante. Contexte: Le système permet en premier lieu de refroidir les particules légères, car leur caractéristique naturelle est de se dissoudre lorsqu’elles sont refroidies.

    Séparation claire de deux phases

    La transition de phase est ce que les physiciens appellent la transition entre l’eau et la glace pendant la congélation. Mais comment la transition de phase particulière se produit-elle dans le système de particules légères piégées? Les scientifiques l’expliquent de cette façon: les miroirs quelque peu translucides provoquent la perte et le remplacement des photons, créant un déséquilibre qui fait que le système n’assume pas une température définie et se met en oscillation. Cela crée une transition entre cette phase oscillante et une phase amortie. Amorti signifie que l’amplitude de la vibration diminue.

    «La phase de suramortissement que nous avons observée correspond à un nouvel état du champ lumineux, pour ainsi dire», déclare l’auteur principal Fahri Emre Öztürk, doctorant à l’Institut de physique appliquée de l’Université de Bonn. La particularité est que l’effet du laser n’est généralement pas séparé de celui du condensat de Bose-Einstein par une transition de phase et qu’il n’y a pas de frontière nettement définie entre les deux états. Cela signifie que les physiciens peuvent continuellement aller et venir entre les effets.

    «Cependant, dans notre expérience, l’état suramorti du condensat optique de Bose-Einstein est séparé par une transition de phase à la fois de l’état oscillant et d’un laser standard», déclare le professeur Martin Weitz, directeur de l’étude. “Cela montre qu’il existe un condensat de Bose-Einstein, qui est vraiment un état différent du laser standard.” En d’autres termes, nous avons affaire à deux phases distinctes du condensat optique de Bose-Einstein “, souligne-t-il.

    Les chercheurs prévoient d’utiliser leurs résultats comme base pour d’autres études afin de rechercher de nouveaux états du champ lumineux dans plusieurs condensats de lumière couplés, qui peuvent également se produire dans le système. «Si des états enchevêtrés mécaniquement quantiques appropriés se produisent dans des condensats de lumière couplés, cela peut être intéressant pour la transmission de messages chiffrés quantiques entre plusieurs participants», explique Fahri Emre Öztürk.

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Université de Bonn. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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