Une équipe de Kyoto dirigée par Takahashi Yoshiro a utilisé des lasers pour refroidir des fermions, des atomes d'ytterbium, à un milliardième de degré de zéro absolu, une limite inatteignable à laquelle tout mouvement s'arrête. C'est environ 3 milliards de fois plus froid que la température dans l'espace interstellaire, qui réchauffe encore la chaleur résiduelle du Big Bang.
"Si une civilisation extraterrestre ne fait pas les mêmes expériences maintenant, alors le laboratoire de l'Université de Kyoto crée les fermions les plus froids de l'univers", a déclaré Caden Hazzard, l'un des participants à l'expérience. Les fermions ne sont pas des particules rares. Ceux-ci incluent, par exemple, les électrons, et ils sont l'un des deux types de particules qui composent toute la matière.
Les atomes sont soumis aux lois de la dynamique quantique, tout comme les électrons et les photons, mais leur comportement quantique ne devient apparent que lorsque leur température approche du zéro absolu. Les physiciens étudient les propriétés quantiques des atomes ultrafroids depuis un quart de siècle. Les lasers sont nécessaires à la fois pour refroidir les particules et pour limiter leur mouvement dans des réseaux optiques, canaux de lumière à une, deux ou trois dimensions, qui peuvent servir de machines quantiques capables de résoudre des problèmes complexes inaccessibles aux ordinateurs classiques.
"L'avantage de ce refroidissement est qu'alors la physique change de manière significative", a expliqué Hazzard. "La physique devient de plus en plus mécanique quantique et permet de voir de nouveaux phénomènes."
L'équipe de Takahashi a utilisé cette approche pour créer le modèle dit de Hubbard, proposé en 1963. Les physiciens l'utilisent pour étudier le comportement magnétique et supraconducteur des matériaux, en particulier ceux dans lesquels se produit le comportement collectif des électrons, écrit Phys.org.
Le modèle de Hubbard résultant a une symétrie spéciale, qui est notée SU (n). SU est un groupe unitaire spécial, une manière mathématique de décrire la symétrie, et n sont les états de spin possibles des particules dans le modèle. Plus n est élevé, plus la symétrie du modèle est grande et plus le comportement magnétique qu'il décrit est complexe. Les atomes d'ytterbium ont six états de spin possibles, et l'expérience de Kyoto a été la première à révéler des corrélations magnétiques dans le modèle SU(6) de Hubbard. Il est impossible de les calculer sur un ordinateur classique.
Cette expérience ouvre la possibilité aux physiciens d'observer le comportement de systèmes quantiques complexes.
En 2019, des physiciens américains ont simulé un plasma chaud au centre d'une étoile morte en utilisant un plasma environ 50 fois plus froid que la température de l'espace extra-atmosphérique.
2022-09-02 17:08:18
Auteur: Vitalii Babkin