Construction d’un système quantique aux propriétés modulables

Les équipes sous la direction de Selim Jochim de l’Institut de Physique de l’Université de Heidelberg (Bade-Wurtemberg) et de l’Institut Max Planck de physique nucléaire à Heidelberg sont parvenues à créer un système quantique de un à dix fermions à partir d’atomes de lithium portés à très basse température.

 

Les fermions (électrons, muons, neutrinos et quarks) font partie des particules élémentaires de la matière. L’assemblage de ces composants donne ainsi les noyaux atomiques, formés de protons et neutrons, ou bien les atomes, formés d’un noyau et d’un nombre défini d’électrons. Les propriétés des atomes et des noyaux atomiques sont fixées de manière univoque par la nature : les mesures menées sur de tels systèmes sont donc en principe parfaitement reproductibles. Les horloges atomiques, par exemple, se basent sur cette reproductibilité pour mesurer le temps avec une précision extrême.

 

« Cependant, le prix de cette haute reproductibilité est tel que les propriétés des systèmes ne se laissent transformer que dans une mesure très limitée. C’est pourquoi il a fallu travailler avec un grand nombre d’approches différentes afin de créer des systèmes synthétiques aux propriétés modulables comprenant un petit nombre de particules. Des exemples de ces atomes artificiels sont les boîtes quantiques et les agrégats atomiques », explique Selim Jochim. Ainsi, ces derniers se laissent beaucoup plus facilement manipuler que de véritables atomes ou noyaux. Cependant, parvenir au contrôle complet des degrés de libertés de la mécanique quantique représente un défi particulièrement difficile, car ces systèmes sont fortement couplés à leur environnement. C’est désormais chose faite pour les chercheurs de l’Université de Heidelberg qui sont parvenus à créer un atome artificiel dans un état quantique exactement défini et entièrement reproductible.

 

Le principe de construction de ces atomes artificiels et le suivant : des atomes de Lithium portés à une température de moins de un millionième de degré au-dessus du zéro absolu sont emprisonnés dans un piège de quelques micromètres constitué d’un faisceau laser fortement focalisé. Ces atomes de Lithium jouent le rôle d’électrons pour la construction des atomes artificiels.

 

Un champ magnétique variable est alors superposé au faisceau laser : les atomes de Lithium possédant un moment magnétique, ces derniers sont soumis à une force par laquelle le piège peut basculer et ainsi libérer des atomes de manière contrôlée.

 

Ainsi, les chercheurs sont parvenus à créer dans l’atome artificiel un effet comparable à la variation des charges électriques dans un véritable atome. Avec le haut degré de reproductibilité et la possibilité de modifier les propriétés des systèmes d’atomes artificiels, les expériences menées à Heidelberg ouvrent la porte vers la simulation d’un grand nombre de systèmes quantiques.

 

Pour en savoir plus, contacts :

• Site internet de l’Institut de Physique de l’Université de Heidelberg : http://www.lithium6.de/

• Service presse de l’Université de Heidelberg – tél. : 0049 (0)6221) 54-2311 – presse@rektorat.uni-heidelberg.de

• Prof. Dr. Selim Jochim – Institut de Physique de l’Université de Heidelberg – tél. : 0049 (0)6221 516 229 – jochim@uni-heidelberg.de

 

Source :

“Heidelberger Physiker erzeugen ultrakaltes Designer‐Atom”, dépêche idw, communiqué de presse de l’Université de Heidelberg – 15/04/11 – http://idw-online.de/pages/de/news418674

 

Rédacteur :

Lucas Ansart, lucas.ansart@diplomatie.gouv.fr – https://www.science-allemagne.fr/