Des physiciens de l’Université de Chicago ont démontré la formation d’un nouveau type d’objet quantique – appelé “mur de domaine” – dans un condensat de Bose-Einstein. Leur résultat peut aider les scientifiques à mieux comprendre les particules quantiques exotiques et pourrait suggérer des pistes pour de nouvelles technologies à l’avenir.
Un ‘mur de domaine’ dans cette image est la ligne plus claire entre deux groupes d’atomes. Crédit photo : Kai-Xuan Yao.
Le professeur Cheng Chin de l’Université de Chicago et ses collègues étudient les nouveaux systèmes quantiques et la physique qui les sous-tend.
Dans l’une de leurs expériences, ils ont remarqué un phénomène intrigant dans un condensat de Bose-Einstein, un groupe d’atomes refroidis à un cheveu du zéro absolu.
Dans les bonnes conditions, un condensat de Bose-Einstein d’atomes de césium-133 se divise en domaines et un “mur” se forme à la jonction où ils se rencontrent.
Ce mur de domaine se comportait comme un objet quantique indépendant, selon l’équipe.
“C’est un peu comme une dune de sable dans le désert – elle est composée de sable, mais la dune se comporte comme un objet qui se comporte différemment des grains de sable individuels”, a déclaré Kai-Xuan Yao, étudiant en doctorat à l’Université de Chicago.
Les physiciens avaient entrevu ces murs de domaines dans des matériaux quantiques, mais auparavant, ils ne pouvaient pas les générer et les analyser de manière fiable.
Une fois que l’équipe du professeur Chin a créé la recette pour fabriquer et étudier de près les murs, ils ont observé des comportements surprenants.
“Nous avons beaucoup d’expérience dans le contrôle des atomes”, a déclaré le professeur Chin.
“Nous savons que si vous poussez les atomes vers la droite, ils se déplaceront vers la droite”.
“Mais ici, si vous poussez la paroi du domaine vers la droite, elle se déplace vers la gauche.”
Ces murs de domaine font partie d’une classe connue sous le nom de phénomènes émergents, ce qui signifie qu’ils semblent suivre de nouvelles lois de la physique à la suite de nombreuses particules agissant ensemble en tant que collectif.
Les auteurs étudient ces phénomènes, pensant qu’ils peuvent faire la lumière sur un ensemble de lois appelé théorie de jauge dynamique, qui décrit d’autres phénomènes émergents dans les matériaux ainsi que dans l’Univers primitif.
Les mêmes phénomènes ont probablement permis aux premières particules de s’agglutiner pour former des galaxies, des étoiles et des planètes.
Les percées dans ce domaine pourraient également permettre la mise au point de nouvelles technologies quantiques.
“Ce phénomène peut avoir des applications en termes de fabrication de matériaux quantiques programmables ou de processeurs d’informations quantiques – il peut être utilisé pour créer un moyen plus robuste de stocker des informations quantiques ou permettre de nouvelles fonctions dans les matériaux”, a déclaré le professeur Chin.
“Mais avant de pouvoir le découvrir, la première étape consiste à comprendre comment les contrôler”.
Les travaux de l’équipe ont été publiés dans la revue Nature.
