Conférence grand public : de la Physique des basses températures aux atomes froids

Elle aura lieu à l'Université Nice Sophia Antipolis, Campus Valrose, Amphithéâtre de Biologie (Arrêt tramway : Valrose Université).

 Entrée libre.

A l'occasion de cette conférence, nous aurons l'immense plaisir d'accueillir Jean-Pierre Romagnan, Professeur émérite à l'Université de Nice-Sophia Antipolis et chercheur au Laboratoire de Physique de la Matière Condensée.

De la Physique des basses températures aux atomes froids

Résumé :

En 1924, A.Einstein reprenant les travaux de S.N.Bose, étudia un gaz parfait de particules matérielles identiques de spin entier (des bosons), et démontra un résultat remarquable : en-dessous d’une certaine température critique T_C, ces particules doivent s’accumuler dans l’état d’énergie le plus bas, qui acquiert de ce fait une population macroscopique (c’est la condensation de Bose-Einstein). Cependant les valeurs prévues de T_C étaient extrêmement basses, au point que bien avant de les atteindre, tous les gaz subissent une condensation ordinaire vers une phase liquide puis vers une phase solide. Aussi le phénomène prédit par Einstein parut-il ne présenter pour ses contemporains et lui-même qu’un intérêt purement académique.

Toutefois depuis la liquéfaction de l’hélium en 1908, la physique des basses températures permettait de découvrir des phénomènes aussi inattendus que spectaculaires, la supraconductivité de certains métaux (1911) et la superfluidité de l’hélium (1930). London le premier avança une idée audacieuse : la superfluidité de l’hélium était liée à la condensation de Bose-Einstein. Cette idée fut fortement controversée jusqu’à ce que, en 1955 la théorie BCS montre que l’apparition de la supraconductivité était liée à la formation de paires de Cooper. Ces paires de Cooper, état lié de deux électrons, sont des bosons, et la supraconductivité pouvait elle aussi être reliée à la condensation de Bose-Einstein. Certes l’hélium est un liquide et les métaux supraconducteurs sont des solides, mais superfluidité et supraconductivité ont eu le mérite de relier les idées d’Einstein à une réalité physique.

Serait-il un jour possible de refroidir suffisamment les atomes en les maintenant en phase gazeuse pour se rapprocher de la situation envisagée par Einstein? Tel était le défi que se lançaient les physiciens à la fin du 20^ème siècle. Le développement des méthodes de refroidissement des atomes par laser a permis de relever victorieusement ce défi. En tirant parti des échanges d’impulsion entre photons et atomes il est aujourd’hui possible de considérablement diminuer l’agitation thermique d’une assemblée d’atomes, sans jamais la mettre en contact avec une paroi refroidie, au point d’atteindre des températures de quelques nano-Kelvins (10^-9 Kelvin). Le phénomène prédit par Einstein a ainsi pu être effectivement observé en 1995 dans un gaz d’atomes de sodium. Ces gaz d’atomes froids, qui constituent un système expérimental modèle mais ont aussi de nombreuses applications en métrologie et dans le stockage de l’information quantique, sont au centre d’une intense activité de recherche.

Cette conférence est destinée au grand public, aux esprits curieux !

Contacts :
Élisabeth Lemaire et Wilfried Blanc (@unice.fr)
Section Côte d'Azur de la Société Française de Physique