Les physiciens ont réussi à gonfler des atomes jusqu’à des centaines de fois leur taille habituelle pour créer une version étonnante de matière exotique que l’on croyait auparavant impossible.
La phase de matière exotique, connue sous le nom de cristal temporel, a été créée en tirant un laser sur des atomes de rubidium jusqu’à ce qu’ils gonflent pour prendre une forme excitante.
Ce faisant, disent les chercheurs, ils ont ouvert une nouvelle voie pour explorer les propriétés de cristaux mystérieux, qui basculent périodiquement entre deux états apparemment sans fin, se déplaçant pour toujours et ne perdant jamais aucune énergie.
La nouvelle technique, décrite le 2 juillet dans la revue Nature Physics, pourrait également aider les scientifiques à construire de meilleurs ordinateurs quantiques.
« Nous avons créé ici un nouveau système qui fournit une plate-forme puissante pour approfondir notre compréhension du phénomène de cristallisation du temps d’une manière très proche de l’idée originale de Frank Wilczek », a déclaré le co-auteur. Thomas-Paulphysicien à l’Université de Vienne, Il a dit dans un communiqué.
Proposés pour la première fois en 2012 par le physicien Wilczek, lauréat du prix Nobel, les cristaux temporels sont des ensembles de particules qui se répètent dans le temps, tout comme d’autres cristaux (comme le sel de table ou les diamants) se répètent dans l’espace.
à propos de: Des physiciens connectent deux cristaux temporels dans une expérience apparemment impossible
C’est intéressant pour les physiciens. Habituellement, les lois de la physique, qui sont symétriques dans l’espace et (Dans la plupart des cas) le temps, créant des résultats identiques quelle que soit leur direction dans l’espace et dans le temps.
Mais les cristaux brisent cette symétrie et s’organisent selon une direction spatiale privilégiée. Cela signifie que même si les lois de la physique restent symétriques, elles créent des résultats différents selon la direction dans laquelle on agit sur les cristaux.
De la même manière que les cristaux brisent la symétrie dans l’espace, les cristaux temporels la brisent dans le temps. Ils existent à l’énergie la plus basse possible permise par la mécanique quantique et oscillent entre deux états sans ralentir.
Ces propriétés remarquables ont conduit à de nombreuses affirmations selon lesquelles les cristaux temporels seraient des machines à mouvement perpétuel qui violeraient la deuxième loi de la thermodynamique, mais Ce n’est pas le casLes cristaux, alimentés par des lasers, ne peuvent pas simplement perdre ou gagner de l’énergie : la lumière laser qui les frappe ne fait que leur faire répéter le processus de mélange en deux étapes. Cela signifie que la deuxième loi ne s’applique pas à eux, comme à de nombreux systèmes ne contenant qu’une poignée d’atomes.
Un certain nombre de cristaux temporels ont été fabriqués depuis la proposition de Wilczek, chacun offrant une fenêtre unique sur cette étrange phase de la matière. Pour construire un cristal temporel, les chercheurs à l’origine de la nouvelle étude se sont tournés vers des atomes de rubidium excités dans ce que l’on appelle les états de Rydberg.
En projetant une lumière laser sur un bol en verre rempli d’atomes de rubidium, les physiciens ont pompé le gaz avec d’énormes quantités d’énergie excédentaire. La lumière laser a excité les électrons à l’intérieur des atomes, provoquant un gonflement des espaces entre les noyaux atomiques et les couches électroniques externes jusqu’à atteindre des centaines de fois leur taille habituelle. Cela a provoqué quelque chose de très intéressant.
« Si les atomes dans notre bocal en verre sont préparés dans de tels états de Rydberg et que leur diamètre devient énorme, alors les forces entre ces atomes deviennent également très grandes », a déclaré Paul. « Cela change à son tour la façon dont vous interagissez avec le laser. Si vous choisissez la lumière laser de telle manière qu’elle soit capable d’exciter simultanément deux états de Rydberg différents dans chaque atome, une boucle de rétroaction est créée qui provoque des oscillations spontanées. entre les deux états atomiques, cela provoque également l’absorption de la lumière oscillatoire « .
En d’autres termes, un cristal temporel est apparu à l’intérieur de la boîte en verre.
« Il s’agit en fait d’une expérience constante dans laquelle aucun rythme spécifique n’est imposé au système », a ajouté Paul. « Les interactions entre la lumière et les atomes sont toujours les mêmes, et le faisceau laser a une intensité constante. Mais étonnamment, l’intensité qu’elle atteint est constante. » l’autre extrémité de la cellule de verre commence à osciller selon des motifs.
Maintenant que les chercheurs ont réussi à créer un nouveau type de cristal temporel, ils vont continuer à l’expérimenter et à le tester pour d’autres applications. Ils suggèrent qu’ils pourraient être utilisés pour créer de nouveaux capteurs très sensibles, ainsi que pour aider les scientifiques à mieux comprendre la synchronisation quantique – le phénomène par lequel plusieurs systèmes quantiques peuvent fonctionner en phase, ce qui contribuera au développement de meilleurs ordinateurs quantiques.
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