Les physiciens ont des molécules refroidies à un smidgen au-dessus du zéro absolu — plus froides que la rémanence du Big Bang.
Les scientifiques ont créé de tels atomes suralimentés, ce sont les molécules les plus froides (qui sont deux atomes ou plus chimiquement connectés) jamais créées, ont déclaré les scientifiques. La réalisation pourrait révéler la physique loufoque que l’on pensait se produire à des températures extrêmement froides.
À des températures quotidiennes normales, les atomes et les molécules volent à des vitesses ultra-rapides autour de nous, s’écrasant même les uns sur les autres. Pourtant, des choses étranges se produisent lorsque la matière devient extrêmement froide. Et les physiciens avaient pensé que ces particules cesseraient de se comprimer et d’entrer en collision en tant qu’individus, et se comporteraient plutôt comme un seul corps. On pensait que le résultat était des états de matière exotiques jamais observés auparavant.
Pour explorer ce scénario froid, une équipe du MIT, dirigée par le physicien Martin Zwierlein, a refroidi un gaz sodium-potassium à l’aide de lasers, afin de dissiper l’énergie de molécules de gaz individuelles. Ils ont refroidi les molécules de gaz à des températures aussi basses que 500 nanokelvines — à peine 500 milliardièmes de degré au-dessus du zéro absolu (moins 459,67 degrés Fahrenheit, ou moins 273,15 degrés Celsius). C’est plus d’un million de fois plus froid que l’espace interstellaire. (La densité du gaz dans leur expérience était si faible qu’il se qualifierait de quasi-vide dans la plupart des endroits.)
Ils ont constaté que les molécules étaient assez stables et avaient tendance à ne pas réagir avec les autres molécules autour d’elles. Ils ont également constaté que les molécules présentaient de forts moments dipolaires, qui sont les distributions de charges électriques dans une molécule qui régissent la façon dont elles attirent ou repoussent d’autres molécules.
Le sodium et le potassium ne forment généralement pas de composés — les deux sont chargés positivement, ils se repoussent donc généralement et sont attirés par des éléments comme le chlore, qui fabrique du sel de table (NaCl) ou du chlorure de potassium (KCl). L’équipe du MIT a utilisé l’évaporation, puis les lasers, pour refroidir les nuages d’atomes individuels. Ils ont ensuite appliqué un champ magnétique pour les faire coller ensemble pour former des molécules de sodium et de potassium.
Ensuite, ils ont utilisé un autre ensemble de lasers pour refroidir une molécule de sodium et de potassium. Un laser a été réglé à une fréquence qui correspondait à l’état de vibration initial de la molécule, et l’autre correspondait à son état le plus bas possible. La molécule de sodium et de potassium a absorbé l’énergie inférieure d’un laser et a émis de l’énergie vers le laser à plus haute fréquence. Le résultat était un état d’énergie très faible et une molécule extrêmement froide.
La molécule n’était toujours pas aussi stable que les produits chimiques de tous les jours, ne durantant que 2,5 secondes avant sa rupture, mais c’est une longue période face à des conditions extrêmes comme celle-ci. C’est une étape pour refroidir encore plus les molécules, pour voir certains des effets de la mécanique quantique que les théories prédisent. De tels effets ont été démontrés dans des substances à un atome comme l’hélium, mais jamais dans des molécules, qui sont plus compliquées à mesure qu’elles tournent et vibrent. Par exemple, l’hélium super froid devient un liquide sans viscosité – un superfluide. Théoriquement, les molécules pourraient également entrer dans de tels états exotiques.
L’étude a été publiée dans le numéro du 22 mai de la revue Physical Review Letters.
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