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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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Condensation de Bose-Einstein en microgravité

Publication dans Science de Jakob Reichel and al

Résumé :

Dans un condensat de Bose-Einstein (CBE), des milliers d’atomes se mettent dans le même état quantique, qui devient alors une onde de matière cohérente macroscopique. Ainsi, la réalisation expérimentale des CBE d’atomes neutres en 1995, couronnée par le prix Nobel de 2001, marque le début de l’époque des « lasers à atomes ». Si l’analogie avec les lasers optiques laisse penser qu’il y aura des applications, les dispositifs de CBE utilisés jusqu’à présent sont bien trop encombrants et trop fragiles pour envisager leur usage en dehors de l’environnement protégé d’un laboratoire. C’est pourquoi, en 2003, des jeunes chercheurs allemands décidèrent de collaborer pour construire un laser à atomes qui serait un véritable instrument de mesure : compact, robuste et pouvant être embarqué.

Leur objectif était ambitieux : réaliser un CBE en chute libre, dans une tour de chute haute de 146 m. Pour y parvenir, il fallait miniaturiser et « fiabiliser » tous les composants, y compris son « cœur », qui est un piège magnétique contenant les atomes condensés. C’est grâce à une « puce à atomes » développée dans l’équipe de Jakob Reichel, aujourd’hui professeur à l’UPMC et membre du Laboratoire Kastler Brossel, qu’on parvint à miniaturiser ce piège. Une fois piégés sur cette puce, les atomes sont refroidis jusqu’à la condensation en moins d’une seconde, pendant que le dispositif entier se trouve en chute libre dans la tour. En coupant ensuite le piège, les chercheurs ont pu observer l’expansion libre de l’onde de matière pendant plus d’une seconde, chose impossible en gravité normale où les atomes s’enfonceraient dans la paroi de l’enceinte bien avant ce temps-là.

Ce progrès technologique impressionnant montre que les lasers à atomes sont maintenant prêts à servir comme de véritables instruments de mesure. Les chercheurs espèrent aussi se servir de ce nouvel outil pour tester le principe d’équivalence, pilier de la théorie de relativité, avec l’objet quantique qu’est le CBE.


Référence : « Bose-Einstein Condensation in Microgravity », T. van Zoest et al. (QUANTUS collaboration), Science 328, 1540 (June 18, 2010).


Auteurs :

T. van Zoest, N. Gaaloul, Y. Singh, H. Ahlers, W. Herr, S. T. Seidel, W. Ertmer, E. Rasel, (Institut für Quantenoptik, Leibniz Universität Hannover, Welfengarten 1,30167 Hannover, Germany).

M. Eckart, E. Kajari, S. Arnold, G. Nandi, W. P. Schleich, ( Institut für Quantenphysik, Universität Ulm, Albert Einstein Allee 11, 89081 Ulm Germany).

R. Walser, (Institut für Angewandte Physik, Technische Universität Darmstadt, Hochschulstrasse 4A, 64289 Darmstadt, Germany).

A. Vogel, K. Sengstock, (Institut für Laser-Physik, Universität Hamburg, 22761 Hamburg, Germany).

K. Bongs, (Midlands Ultracold Atom Research Centre, Birmingham B15 2TT, UK).

W. Lewoczko-Adamczyk, M. Schiemangk, T. Schuldt, A. Peters, (Humboldt-Universität zu Berlin, Hausvogteiplatz 5-7, 10117 Berlin, Germany).

T. Könemann, H. Müntinga, C. Lämmerzahl, H. Dittus, (Center of Applied Space Technology and Microgravity (ZARM), Universität Bremen, Am Fallturm, 28359 Bremen, Germany).

T. Steinmetz, T. W. Hänsch, (Max-Planck-Institut für Quantenoptik and Sektion Physik der Ludwig-Maximilians-Universität, Schellingstrasse 4, 80799 München, Germany).

J. Reichel, (Laboratoire Kastler-Brossel de l’Ecole Normale Supérieure, 24 rue Lhomond, 75231 Paris, France).


Voir en ligne : Article dans Science n°328

Post-scriptum :

© photos ZARM - University of Bremen and QUANTUS Team