Grâce à un faisceau laser, la polarisation des atomes est possible afin qu'ils puissent devenir chargés positivement d'un côté et chargés négativement de l'autre. En conséquence, ils sont attirés l'un vers l'autre, créant un état de liaison unique qui est nettement plus faible que le lien entre deux atomes dans une molécule spécifique mais encore quantifiable. Le faisceau laser, qui peut être considéré comme une « molécule » de lumière et de matière, donne en quelque sorte aux atomes polarisés le pouvoir de s'attirer les uns les autres.
Ce phénomène a longtemps été anticipé théoriquement, mais les chercheurs du Université d'Innsbruck et le Centre de Vienne pour la science et la technologie quantiques (VCQ) à Université de Technologie de Vienne ont maintenant réalisé la première mesure de cette connexion atomique inhabituelle. Ils ont créé pour la première fois un état de liaison très spécial entre les atomes en laboratoire. Cette interaction peut être utilisée pour manipuler des atomes très froids et peut également avoir un impact sur la formation des molécules dans l'espace.
Le professeur Philipp Haslinger, dont les recherches à l'Atominstitut de la TU Wien sont soutenues par le programme FWF START, a déclaré : "Dans un atome électriquement neutre, un noyau atomique chargé positivement est entouré d'électrons chargés négativement, qui entourent le noyau atomique un peu comme un nuage. Si vous allumez maintenant un champ électrique externe, cette distribution de charge se déplace un peu.
"La charge positive est légèrement décalée dans un sens, la charge négative légèrement dans l'autre sens, l'atome a soudainement un côté positif et un côté négatif, polarisés."
Créer un effet de polarisation avec la lumière laser est possible car la lumière n'est qu'un Champ électromagnétique qui change rapidement. La lumière polarise tous les atomes (lorsqu'ils sont placés les uns à côté des autres) de la même manière - positif à gauche et négatif à droite, ou vice versa. Dans les deux cas, deux atomes voisins tournent des charges différentes l'un vers l'autre, créant une force entre eux.
Mira Maiwöger de TU Wien, le premier auteur de la publication, a déclaré : "Il s'agit d'une force d'attraction très faible, vous devez donc expérimenter très attentivement pour pouvoir la mesurer. Si les atomes ont beaucoup d'énergie et se déplacent rapidement, la force d'attraction disparaît immédiatement. C'est pourquoi un nuage d'atomes ultra-froids a été utilisé.
Mira Maiwöger de TU Wien, le premier auteur de la publication, a déclaré : "Il s'agit d'une force d'attraction très faible, vous devez donc expérimenter très attentivement pour pouvoir la mesurer. Si les atomes ont beaucoup d'énergie et se déplacent rapidement, la force d'attraction disparaît immédiatement. C'est pourquoi un nuage d'atomes ultra-froids a été utilisé.
Les scientifiques ont utilisé une technique dans laquelle ils ont d'abord capturé puis refroidi les atomes dans un piège magnétique sur une puce atomique. Les atomes sont ensuite relâchés en chute libre après avoir éteint le piège. Bien qu'il soit "ultra-froid" - avec une température inférieure à un millionième de Kelvin - le nuage d'atomes a suffisamment d'énergie pour se développer pendant l'automne. Cependant, cette croissance du nuage atomique est ralentie si les atomes sont polarisés avec un faisceau laser pendant cette phase, créant une force d'attraction entre eux. C'est ainsi que la force d'attraction est mesurée.
Matthias Sonnleitner, qui a jeté les bases théoriques de l'expérience, a déclaré : « La polarisation d'atomes individuels avec des faisceaux laser n'a rien de nouveau. La chose cruciale à propos de notre expérience, cependant, est que nous avons réussi pour la première fois à polariser plusieurs atomes ensemble de manière contrôlée, créant une force mesurable et attractive entre eux.
Philippe Haslinger a affirmé Valérie Plante., « Cette force d'attraction est un outil complémentaire pour contrôler les atomes froids. Mais cela pourrait aussi être important en astrophysique : dans l'immensité de l'espace, de petites forces peuvent jouer un rôle important. Ici, nous avons pu montrer pour la première fois que le rayonnement électromagnétique peut générer une force entre les atomes, ce qui peut aider à apporter un nouvel éclairage sur des scénarios astrophysiques qui n'ont pas encore été expliqués.
Journal de référence:
- Mira Maiwöger, Matthias Sonnleitner et al. Observation des forces dipôle-dipôle induites par la lumière dans les gaz atomiques ultrafroids. Phys. Rév. X 12, 031018 – Publié le 27 juillet 2022. DOI : 10.1103 / PhysRevX.12.031018
