Une nouvelle source de lumière : le super photon

Des physiciens de l’université de Bonn ont réussi à produire une nouvelle source de lumière, un condensat de Bose-Einstein, à partir de photons, ce que certains scientifiques considéraient jusqu’à peu comme impossible. Cette nouvelle source de lumière s’apparente au laser et émet dans le domaine des rayons X. Leur méthode pour obtenir ce condensat de Bose-Einstein a été publiée le 25 novembre 2010 dans la revue Nature [1].

 

Un condensat de Bose-Einstein (BEC) est un état de matière caractérisé par l’accumulation de bosons dans l’état quantique de plus basse énergie à suffisamment basse température [2]. Cet état de matière se comporte alors comme une seule et même particule quantique. Le premier condensat de Bose-Einstein a été obtenu en 1995 avec quelques milliers d’atomes de Rubidium refroidis à une température de quelques nano Kelvin (donc proche du zéro absolu). En théorie, il devrait être possible d’obtenir un tel condensat avec des photons (particules de lumière) étant donné qu’ils sont des bosons. Mais la mise en pratique n’avait jusqu’alors jamais été réalisée étant donné que le refroidissement des photons entraîne leur disparition, absorbés par la matière. Ainsi, la quantité de photons décroit et il est alors difficile d’obtenir un nombre suffisant de particules pour qu’elles condensent. Il paraissait donc impossible de refroidir la lumière et en même temps de la concentrer. Les physiciens Jan Klärs, Julian Schmitt, Frank Vewinger et Martin Weitz y sont parvenus en faisant preuve d’une grande ingéniosité.

 

Pour cela, ils ont piégé les photons entre deux miroirs hautement réfléchissants. Dans cette cavité se trouvent des molécules de colorant dissoutes à température ambiante, avec lesquelles les photons entrent régulièrement en collision. Par ces interactions, les photons sont refroidis à température ambiante et leur nombre reste constant. Les chercheurs ont ensuite augmenté la quantité de photons de la cavité en excitant la solution de colorant grâce à un laser. La concentration de photons est devenue si élevée qu’un « super photon « , condensat de Bose-Einstein, s’est formé.

 

Cette découverte pourrait avoir de nombreuses applications, de la spectrométrie au photovoltaïque, en passant par la microélectronique.

Pour en savoir plus, contacts :

– [1] « Bose-Einstein condensation of photons in an optical microcavity », Jan Klaers, Julian Schmitt, Frank Vewinger & Martin Weitz, Nature Volume: 468, Pages: 545-548, Date de publication: 25 November 2010, DOI:10.1038/nature09567
http://www.nature.com/nature/journal/v468/n7323/full/nature09567.html
– [2] D’après le modèle standard de la physique des particules toutes les particules de spin entier sont des bosons, qui obéissent à la statistique de Bose-Einstein.
Page Wikipedia sur le condensat de Bose-Einstein : http://fr.wikipedia.org/wiki/Condensat_de_Bose-Einstein
Contacts :
– Prof. Dr. Martin Weitz, Institut de physique appliquée, Université Bonn, tél. : +49228/73-4837 – email : Martin.Weitz@uni-bonn.de
– Jan Klärs, Institut de physique appliquée, Université Bonn – tél. : +49 228/73-3453 – email : klaers@iap.uni-bonn.de

Source :

Communiqué de presse de l’université de Bonn – 22/11/2010 – http://www3.uni-bonn.de/Pressemitteilungen/305-2010

Rédacteur :

Céline Pitsaer, Chargée de Mission Scientifique à Bonn, pitsaer@afast-dfgwt.eu