Le condensat de Bose-Einstein

En 1925, Albert Einstein, développant une idée du physicien indien Satyendra Bose («inventeur» des bosons), avait prédit que des bosons refroidis à une température toute proche du «zéro absolu» (moins 273,15 degrés Celsius) et immobilisés perdent leur individualité pour se placer dans le même état quantique et se comporter comme un objet unique, une sorte de «super-atome». Les physiciens classent toutes les particules en deux familles : les bosons et les fermions. Contrairement aux fermions, particules constituant la matière qui ne peuvent être à plusieurs dans un même état, et donc se tiennent à distance les unes des autres, les bosons ont un comportement grégaire, si rien ne vient perturber leur regroupement en les réchauffant. La première condition nécessaire à l’obtention de la condensation de Bose-Einstein est donc le refroidissement. Pour obtenir un tel condensat, les chercheurs procèdent tous de façon similaire et selon des techniques de refroidissement mises au point en particulier par Claude Cohen-Tannoudji, Steven Chu et William Phillips, récompensés pour cela par le prix Nobel de physique, en 1997. Schématiquement, dans un premier temps, ils refroidissent par laser de la vapeur d’atomes. La température de ces atomes passe alors à quelques microkelvins. Afin de poursuivre le processus de refroidissement, les physiciens doivent alors utiliser une autre technique, l’évaporation, qui consiste à couper les lasers et à confiner les atomes refroidis dans un piège magnétique. Les plus froids des atomes se retrouvent au fond du piège, les plus chauds, en surface, sont expulsés du piège par une sorte de trop-plein, au moyen d’un champ magnétique dont la fréquence est ajustée aux atomes indésirables. Seuls restent au fond du piège les atomes les plus froids. Avec quelques astuces, on accumule quelques milliers d’atomes froids dans le piège qui, lorsqu’ils arrivent près du «zéro absolu» (à quelques milliardièmes de degré près), s’effondrent dans l’état recherché : le condensat de Bose-Einstein.