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Claude Cohen Tannoudji

Prix Nobel en 1997 pour le ralentissement et le piégeage des atomes par la lumière laser.

Ses travaux sont à la source des recherches actuelles de l'IFRAF.



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Etoiles à neutrons et atomes froids

Publication de Sylvain Nascimbène (LKB - Lhomond), Nir Navon (LKB - Lhomond), Kaijun Jiang (LKB - Lhomond), Frédéric Chevy (LKB - Lhomond), Christophe Salomon (LKB - Lhomond) à paraître dans Nature (2010)

Des tas de sable aux étoiles à neutrons, la compréhension du comportement d’un système comprenant un grand nombre de particules constitue l’un des défis majeurs de la physique du XXIe siècle.

Lorsque les constituants mis en jeu obéissent aux règles du monde quantique, comme par exemple des électrons dans un solide, le problème devient même tellement ardu que les ordinateurs les plus puissants accessibles dans un futur plus ou moins proche se révèleront impuissants face à ce genre de problème. Une alternative aux calculateurs numériques conventionnels a été suggérée au début des années 80 par le prix Nobel R.P. Feynman : pour étudier un problème mathématiquement ardu, celui-ci a en effet proposé de concevoir un système physique obéissant précisément aux équations à étudier et d’en obtenir la solution par des mesures expérimentales appropriées.

Une telle simulation quantique a été réalisée récemment au laboratoire Kastler Brossel de l’Ecole normale supérieure (ENS) à Paris dans le cas d’un gaz de fermions [1] en interactions fortes : en utilisant les techniques de manipulation d’atomes par la lumière, l’équipe de C. Salomon et F. Chevy a réussi à déterminer l’équation d’état thermodynamique d’un gaz de particules dont la portée des interactions est petite devant leur distance relative. Cette équation d’état est universelle et s’applique aussi bien aux gaz d’atomes ultra-froids qu’à la couche supérieure des étoiles à neutrons.

L’étude réalisée à l’ENS peut s’étendre à beaucoup de situations rencontrées expérimentalement en physique des gaz quantiques et prouve la pertinence du programme proposé par Feynman. L’un des enjeux sera d’utiliser les techniques développées à l’ENS et dans d’autres groupes internationaux pour tenter de comprendre les mécanismes microscopiques de la supraconductivité à haute température critique qui résiste depuis plus de vingt ans aux efforts des physiciens théoriciens de la matière condensée. Une telle percée pourrait à long terme aider à concevoir des matériaux supraconducteurs à température ambiante, ouvrant ainsi la porte à des applications telles que le stockage ou le transport sans perte de l’énergie électrique.

Figure 1

Voir en ligne : Lien vers l’article


[1] En physique quantique on classe les particules selon deux familles, les bosons et les fermions, nommés d’après les physiciens S. Bose et E. Fermi. Les particules élémentaires telles que l’électron, le proton ou le neutron sont des fermions. Elles obéissent au Principe d’exclusion de Pauli et ne peuvent occuper à deux le même état quantique.