Nanoparticules refroidies à l’état fondamental quantique dans deux dimensions de mouvement. —


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    Les nanoparticules de verre piégées par des lasers dans le vide extrême sont considérées comme une plateforme prometteuse pour explorer les limites du monde quantique. Depuis l’avènement de la théorie quantique, la question de savoir à quelle taille un objet commence à être décrit par les lois de la physique quantique plutôt que par les règles de la physique classique est restée sans réponse.

    Une équipe formée de Lukas Novotny (Zurich), Markus Aspelmeyer (Vienne), Oriol Romero-Isart (Innsbruck) et Romain Quidant (Zurich) tente de répondre précisément à cette question au sein du projet ERC-Synergy Q-Xtreme. Une étape cruciale sur la voie de cet objectif consiste à réduire autant que possible l’énergie stockée dans le mouvement de la nanoparticule, c’est-à-dire à refroidir la particule jusqu’à ce que l’on appelle l’état fondamental quantique.

    Contrôle sur toutes les dimensions du mouvement

    L’équipe Q-Xtreme travaille depuis longtemps sur le refroidissement à l’état fondamental des nanoparticules. Plusieurs expériences à Zurich et à Vienne, étayées par des calculs théoriques du Dr Gonzalez-Ballestero et du Prof. Romero-Isart de l’Université d’Innsbruck, ont conduit aux premières démonstrations d’un tel refroidissement à l’état fondamental d’une nanoparticule, soit en amortissant la particule mouvement par commande électronique (réaction active) ou en plaçant la particule entre deux miroirs (refroidissement par cavité). Jusqu’à présent, dans les expériences, l’état fondamental n’a été atteint que le long d’une des trois directions du mouvement des particules, laissant le mouvement le long des deux autres directions “chaud”.

    “Réaliser un refroidissement de l’état fondamental dans plus d’une direction est essentiel pour explorer une nouvelle physique quantique”, souligne Gonzalez-Ballestero de l’Institut d’optique quantique et d’information quantique de l’Académie autrichienne des sciences et du Département de physique théorique de l’Université d’Innsbruck. . “Mais jusqu’à présent, cette réalisation est restée insaisissable car il était difficile de faire interagir efficacement les miroirs entre lesquels la particule est positionnée avec le mouvement le long de certaines des trois directions” Le soi-disant “effet de mode sombre” a empêché le refroidissement à l’état fondamental complet .

    Avec des fréquences différentes vers le but

    Aujourd’hui, la recherche du Laboratoire de photonique de l’ETH Zurich a réussi pour la première fois à refroidir à l’état fondamental une nanoparticule dans deux directions de mouvement. Une sphère de verre, environ mille fois plus petite qu’un grain de sable, est complètement isolée de son environnement dans un vide poussé et maintenue par un faisceau laser fortement focalisé tout en étant simultanément refroidie à un zéro absolu proche. Sur la base des prédictions théoriques de l’équipe d’Innsbruck, les physiciens suisses ont pu contourner le problème de l’état sombre. “Pour ce faire, nous avons conçu différemment les fréquences auxquelles la particule oscille dans les deux directions et avons soigneusement ajusté la polarisation de la lumière laser”, explique Lukas Novotny de l’ETH Zurich.

    L’ouvrage, publié en Physique naturelle, démontre qu’il est possible d’atteindre l’état d’énergie minimum pour les trois directions de mouvement. Il permet également de créer des états quantiques fragiles dans deux directions, qui pourraient être utilisés pour créer des gyroscopes et des capteurs ultrasensibles.

    La recherche a été soutenue financièrement par le Conseil européen de la recherche ERC et l’Union européenne, entre autres.

    Houssen Moshinaly

    Rédacteur en chef d'Actualité Houssenia Writing. Rédacteur web depuis 2009.

    Blogueur et essayiste, j'ai écrit 9 livres sur différents sujets comme la corruption en science, les singularités technologiques ou encore des fictions. Je propose aujourd'hui des analyses politiques et géopolitiques sur le nouveau monde qui arrive. J'ai une formation de rédaction web et une longue carrière de prolétaire.

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