Cet été, un ensemble d’instruments appelé Cold Atom Laboratory (CAL) s’envolera vers la Station spatiale internationale (ISS), où il utilisera l’environnement de microgravité de la station spatiale pour former, créer et étudier des gaz quantiques ultrafroids.
Concept d’artiste d’un piège magnéto-optique et d’une puce à atomes qui seront utilisés par le Cold Atom Laboratory de la NASA à bord de la Station spatiale internationale. Le CAL permettra d’étudier les gaz quantiques ultra-froids dans l’environnement de microgravité de la station spatiale – une frontière dans la recherche scientifique qui devrait révéler des phénomènes quantiques intéressants et nouveaux. Crédit image : NASA / JPL-Caltech.
CAL, développé par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, en est aux dernières étapes de l’assemblage, avant de partir dans l’espace en août prochain à bord de SpaceX CRS-12.
“Après l’amarrage à l’ISS, la charge utile CAL sera installée par les astronautes dans un rack EXPRESS à l’intérieur de la station spatiale”, ont déclaré les scientifiques du JPL.
“Après l’installation, la charge utile sera exploitée à distance via une commande séquentielle depuis le JPL”.
“La mission initiale aura une durée de 12 mois avec jusqu’à cinq ans de fonctionnement prolongé.”
Les instruments de CAL sont conçus pour geler les atomes de gaz à un milliardième de degré au-dessus du zéro absolu – c’est plus de 100 millions de fois plus froid que les profondeurs de l’espace.
“L’étude de ces atomes hyperfroids pourrait modifier notre compréhension de la matière et de la nature fondamentale de la gravité”, a déclaré Robert Thompson, responsable scientifique du projet CAL au JPL.
“Les expériences que nous réaliserons avec CAL nous donneront un aperçu de la gravité et de l’énergie sombre – certaines des forces les plus répandues dans l’Univers.”
Lorsque les atomes sont refroidis à des températures extrêmes, comme ce sera le cas à l’intérieur de CAL, ils peuvent former un état distinct de la matière connu sous le nom de condensat de Bose-Einstein.
Dans cet état, les règles familières de la physique s’effacent et la physique quantique commence à prendre le dessus. On peut observer la matière se comporter moins comme des particules et plus comme des ondes. Des rangées d’atomes se déplacent de concert les unes avec les autres comme s’ils chevauchaient un tissu en mouvement. Ces mystérieuses formes d’ondes n’ont jamais été observées à des températures aussi basses que celles que CAL va atteindre.
Sur Terre, la gravité fait que les atomes se déposent continuellement vers le sol, ce qui signifie qu’ils ne sont généralement observables que pendant quelques fractions de seconde.
Mais à bord de l’ISS, les atomes ultra-froids peuvent conserver leurs formes ondulées plus longtemps en chute libre. Cela offre aux scientifiques une fenêtre plus longue pour comprendre la physique à son niveau le plus élémentaire.
Le Dr Thompson a estimé que le CAL permettra d’observer les condensats de Bose-Einstein pendant cinq à dix secondes. Le développement futur des technologies utilisées sur le CAL pourrait leur permettre de durer des centaines de secondes.
Cinq équipes scientifiques prévoient de mener des expériences en utilisant CAL.
Les résultats de ces expériences pourraient potentiellement conduire à un certain nombre de technologies améliorées, notamment des capteurs, des ordinateurs quantiques et des horloges atomiques utilisées dans la navigation des vaisseaux spatiaux.
“Les applications liées à la détection de l’énergie sombre sont particulièrement passionnantes. Les modèles actuels de la cosmologie divisent l’Univers en environ 27% de matière noire, 68% d’énergie noire et environ 5% de matière ordinaire”, a déclaré le Dr Kamal Oudrhiri, chef adjoint du projet CAL au JPL.
