Un Nouveau Type De Lumière Créé Dans La Physique Révolutionnaire

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Les physiciens ont créé un nouveau type de lumière en refroidissant les photons dans un état de goutte appelé condensat de bose-einstein.

Les physiciens ont créé un nouveau type de lumière en transformant les photons en un état blob.

Tout comme les solides, les liquides et les gaz, cet état récemment découvert représente un état de la matière. Appelé condensat de Bose-Einstein, il a été créé en 1995 avec des atomes de gaz extrêmement froids, mais les scientifiques avaient pensé qu'il était impossible de le faire avec des photons, qui sont des unités lumineuses de base. Cependant, les physiciens Jan Klärs, Julian Schmitt, Frank Vewinger et Martin Weitz de l'Université de Bonn en Allemagne ont déclaré l'avoir accompli. Ils ont surnommé les nouvelles particules "super photons".

Les particules contenues dans un condensat de Bose-Einstein traditionnel sont refroidies à des températures proches du zéro absolu jusqu'à ce qu'elles se glissent les unes sur les autres et deviennent indiscernables, agissant comme une particule géante. Les experts pensaient que les photons (paquets de lumière) ne pourraient pas atteindre cet état, car il semblait impossible de refroidir la lumière tout en la concentrant. Les photons étant des particules sans masse, ils peuvent simplement être absorbés par leur environnement et disparaître, ce qui se produit généralement lorsqu'ils sont refroidis.

Les scientifiques devaient trouver un moyen de refroidir les photons sans diminuer leur nombre.

"De nombreux scientifiques ont estimé que cela ne serait pas possible, mais j'étais à peu près sûr que cela fonctionnerait", a déclaré Weitz à WordsSideKick.com.

Pour piéger les photons, les chercheurs ont mis au point un conteneur constitué de miroirs très rapprochés, d'environ un millionième de mètre (1 micron). Entre les miroirs, les chercheurs ont placé des molécules de colorant - essentiellement des petits morceaux de pigment de couleur. Lorsque les photons frappent ces molécules, elles sont absorbées puis réémises.

Les miroirs ont piégé les photons en les faisant rebondir dans un état confiné. Dans le processus, les paquets de lumière échangeaient de l'énergie thermique chaque fois qu'ils heurtaient une molécule de colorant, et ils finissaient par refroidir à environ la température ambiante.

Bien que la température ambiante soit loin du zéro absolu, il faisait suffisamment froid pour que les photons se fusionnent en un condensat de Bose-Einstein.

"Le fait qu'une température soit suffisamment froide pour déclencher la condensation dépend de la densité des particules", écrit Klärs dans un courrier électronique. "Les gaz atomiques ultra-froids sont très dilués et ont donc une température de condensation très basse. Notre gaz photon a une densité d'un milliard de fois supérieure et nous pouvons obtenir la condensation déjà à la température ambiante."

Les chercheurs détaillent leurs conclusions dans le numéro du 25 novembre de la revue Nature.

Le physicien James Anglin de l'Université technique allemande Kaiserslautern, qui n'était pas impliqué dans le projet, a qualifié l'expérience de "réalisation historique" dans un essai d'accompagnement du même numéro de Nature.

En effet, le fait de condenser les photons dans cet état les a amenés à se comporter davantage comme des particules de matière normales. Il a également montré la capacité des photons, et en fait de toutes les particules, à se comporter à la fois comme une particule ponctuelle et une onde, une des révélations les plus troublantes de la physique quantique moderne.

"La physique derrière la condensation de Bose-Einstein est la transition d'un comportement de type particule à des températures élevées à un comportement de type vague à des températures froides", a écrit Klärs. "Ceci est vrai pour les gaz atomiques et photoniques."

Les chercheurs ont déclaré que les travaux pourraient avoir des applications en aval pour la création de nouveaux types de lasers générant une lumière à ondes très courtes dans les bandes UV ou X.

"Cela va certainement prendre quelques années", a déclaré Weitz.

Vous pouvez suivre Clara Moskowitz, écrivaine principale de WordsSideKick.com, sur Twitter @ClaraMoskowitz.


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