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Photoniques

Qu’est-ce qu’une assemblée d’atomes froids ? Comment produire ces atomes froids ?

Erwan Jahier

Published Jan 1, 2011• 0 citations
Publisher

Abstract

La thématique des atomes ultra-froids s’est développée au cours des trente dernières années, avec des contributions de premier plan par un grand nombre de chercheurs français. Dans cet article, nous proposons d’introduire quelques notions fondamentales sur la question du contrôle des degrés de liberté externes des atomes avec des lasers. Nous commencerons par définir ce que l’on entend par une assemblée d’atomes (ultra)-froids, puis nous indiquerons les techniques de base qui permettent successivement de ralentir, refroidir, et piéger des atomes. Enfin, nous évoquerons comment la course aux basses températures a permis des manifestations spectaculaires du caractère quantique de gaz atomiques, en particulier à travers l’obtention de condensats de Bose-Einstein.

DOI
10.1051/photon/20115134

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Doublement couronné par le prix Nobel en 1997 et en 2001, le domaine des atomes froids est né il y a une trentaine d'années et connaît aujourd'hui un fantastique développement où la physique du solide rejoint la physique atomique. Les atomes froids sont l'objet d'études très fondamentales pour la mécanique quantique et pour l'information quantique. Leurs applications commencent à intervenir dans notre quotidien, par exemple via les horloges à fontaines d'atomes froids utilisées pour le GPS, et dont l'exactitude est meilleure qu'une seconde sur 300 millions d'années. Cet ouvrage expose en termes simples comment l'interaction de faisceaux lasers avec un gaz permet de refroidir ce gaz jusqu'à des températures descendant à quelques millionièmes de degrés au-dessus du zéro absolu et de piéger un petit nuage de quelques milliards d'atomes lévitant dans le vide. Il retrace aussi la découverte de la condensation de Bose-Einstein, ce nouvel état de la matière dans lequel tous les atomes se comportent comme s'ils étaient un seul et dont on peut extraire des « lasers à atomes ». L'ouvrage est illustré de nombreux schémas et présente d'une façon didactique l'essentiel des méthodes utilisées pour produire et utiliser les atomes froids.

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