Une nouvelle expérience menée par des physiciens de l’Université de Bonn, en Allemagne, a permis d’obtenir un état de type Higgs dans un système composé d’atomes ultrafroids.
Spectres d’excitation de l’état de Higgs : (a) spectres d’excitation de l’état de Higgs pour différentes forces d’interaction, 1/(kFa) ; les différents niveaux de fraction de condensat de fond sont dus aux différents 1/(kFa) ; les lignes pleines montrent l’ajustement gaussien au côté haute fréquence des spectres ; les barres d’erreur montrent l’écart type d’environ quatre mesures ; (b) image en temps de vol du condensat avec le fond thermique soustrait à 1/(kFa)=-0. 43 ; les anneaux indiquent des intervalles de momentum de 0,02kF ; (c) analyse résolue en momentum de l’excitation du boson de Higgs à l’intérieur du condensat en faisant la moyenne de la densité optique dans les anneaux codés en couleur en (b) pour différentes fréquences de modulation ; la résonance se produit à la même fréquence de modulation pour tous les momenta. Crédit image : Behrle et al, doi : 10.1038/s41567-018-0128-6.
Pour leur expérience, le professeur Michael Köhl de l’Institut de physique de l’Université de Bonn et ses co-auteurs ont utilisé un gaz supraconducteur composé d’atomes de lithium ultrafroids.
“A une certaine température, l’état du gaz change brusquement : il devient un supraconducteur qui conduit un courant sans aucune résistance”, ont-ils expliqué.
“Le gaz de lithium passe à un état plus ordonné lors de sa transition de phase. Cela inclut la formation de ce qu’on appelle des paires de Cooper, qui sont des combinaisons de deux atomes qui se comportent comme une seule particule vers l’extérieur.”
“Les paires de Cooper se comportent fondamentalement différemment des atomes individuels : elles se déplacent ensemble et peuvent le faire sans se disperser sur d’autres atomes ou paires. C’est la raison de la supraconductivité. Mais que se passe-t-il lorsqu’on essaie d’exciter les paires ?”
Les physiciens ont alors illuminé le gaz avec un rayonnement micro-ondes.
“Cela nous a permis de créer un état dans lequel les paires commencent à vibrer et la qualité de la supraconductivité a donc oscillé très rapidement : un moment le gaz était un bon supraconducteur, le suivant un mauvais”, a déclaré le professeur Köhl.
Cette oscillation commune des paires de Cooper correspond au boson de Higgs découvert par les expériences CMS et ATLAS du CERN en 2012.
“Notre expérience est également intéressante pour une autre raison”, ont déclaré les chercheurs.
“Elle montre un moyen d’activer et de désactiver la supraconductivité très rapidement. Les supraconducteurs essaient normalement de rester dans leur état conducteur le plus longtemps possible.”
“Ils peuvent être dissuadés par le chauffage, mais c’est un processus très lent. Les expériences montrent qu’en principe, ce processus peut aussi être plus de mille fois plus rapide. Cette découverte pourrait ouvrir la voie à de toutes nouvelles applications pour les supraconducteurs.”
Les travaux de l’équipe sont publiés dans le journal Nature Physics.