Conduction d'un atome à deux endroits différents en même temps

atom

Une équipe de physiciens du Groupe Atom Chip de l’Université Ben Gourion du Néguev a réussi à conduire un atome en deux endroits différents en même temps en utilisant un champ magnétique statique. Cet état « impossible » devient désormais possible dans le monde quantique.

Afin d’entrer dans le monde quantique, l’équipe a refroidi l’atome à une température environ 100 nano-Kelvin (un dix millionième sur le zéro absolu), la température la plus froide connue par les humains dans un laboratoire ainsi que dans l’environnement naturel.

Connue sous le nom « d’état de superposition », cette révolution de la physique du vingtième siècle permet d’explorer le monde quantique et ses principes. En outre, cet état permet de nouvelles applications technologiques telles que les systèmes de navigation inertielle de haute précision ainsi que les détecteurs pour la mesure du champ gravitationnel (par exemple, pour l’exploration de l’eau et du pétrole) qui ont une sensibilité sans précédent.

L’article décrivant cette expérience complexe effectuée par le doctorant Shimon Machluf, le Dr. Yonathan Japha et le Prof. Ron Folman, a été publié dans Nature Communications.

L’article explique en détails que dans un état de superposition spatiale, une seule particule quantique existe en quelques « copies », en plusieurs endroits en même temps. Dans cet état unique, une relation spécifique nommée « phase » existe entre les copies différentes de la particule. La phase détermine les caractéristiques de la particule une fois que ses copies sont à nouveau toutes ré-assemblées  La valeur de la phase est particulièrement sensible aux forces actives dans les environs des copies, de ce fait peut être un moyen extrêmement précis  pour la mesure de ces forces. Cette sensibilité, qui permet le développement de nouvelles technologies, fournit également des observations expérimentales à propos des fondations du monde quantique et pose la base pour la recherche de nouvelles forces physiques.

L’équipe a refroidi un nuage d’atomes en état gazeux afin de forcer l’entrée de tous les atomes dans un état de superposition. Au total, environ 10,000 atomes ont été refroidis au Condensat de Bose-Einstein. La mise d’atomes dans un état de superposition avait déjà été accomplie, mais l’innovation de cette expérience se trouve dans l’usage de champs magnétiques.

Il avait été découvert en 1921 que l’électron, ainsi que l’atome dans lequel il réside, sont en fait de petits aimants, et que des champs magnétiques statiques peuvent ainsi exercer des forces sur eux (effet Stern-Gerlach). Suite à la découverte de ce principe, il avait été déduit qu’un état de superposition pouvait être établi, mais des calculs plus approfondis avaient démontrés aux chercheurs que ce but serait extrêmement difficile à atteindre. Presque 100 ans après et grâce à quelques modifications par rapport a l’idée originale, l’équipe de BGU a réussi à créer de fait un état de superposition avec des champs magnétiques.

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