Le cinquième état de la matière créé sur la station spatiale
écrit le: 15 juin 2020 par admin modifié le 15 juin 2020
- Sommaire:
- 1 Le cinquième état de la matière
- 2 Les Bose-Einstein peuvent offrir aux scientifiques des indices clés sur le fonctionnement de la mécanique quantique,
- 3 Un laboratoire à bord de la station spatiale pour analyser les condensats de Bose Einstein
Le cinquième état de la matière
Une nouvelle étude révèle que les scientifiques ont généré une forme exotique de matière dans l’environnement de microgravité unique à bord de la Station spatiale internationale et l’utilisent pour explorer le monde quantique. A ce jour quatre états de matière sont connu, les gaz, les liquides, les solides et les plasmas. Cependant, il existe également un cinquième état de la matière, les condensats de Bose-Einstein (BEC), que les scientifiques ont créés pour la première fois en laboratoire il y a 25 ans. Quand un groupe d’atomes est refroidi à près du zéro absolu, les atomes commencent à s’agglutiner, se comportant comme s’ils étaient un gros “super-atome”. En lançant une petite puce remplie d’atomes dans l’espace et en la faisant exploser avec des lasers, des scientifiques allemands ont pour la première fois créé un état exotique de la matière connue sous le nom de condensat de Bose-Einstein dans l’espace.
Un condensat de Bose-Einstein (BEC) est un état de matière qui se forme lorsqu’un nuage d’atomes est refroidi à des températures proches du zéro absolu, ou 0 Kelvin, ce qui équivaut à moins 459,67 degrés Fahrenheit (moins 273,15 degrés Celsius). Lorsque les atomes refroidissent suffisamment, ils cessent de se comporter comme des atomes individuels et s’agglutinent tout en occupant le même état d’énergie le plus bas possible. En d’autres termes, les atomes deviennent impossibles à distinguer, et la touffe commence à se comporter comme un seul atome.
Les Bose-Einstein peuvent offrir aux scientifiques des indices clés sur le fonctionnement de la mécanique quantique,
Les condensats de Bose-Einstein chevauchent la frontière entre le monde quotidien, régi par la physique classique, et le monde microscopique, qui suit les règles de la mécanique quantique. Dans le monde de la mécanique quantique, une particule peut se comporter comme si elle tournait dans deux directions opposées en même temps, ou comme si elle existait dans deux ou plusieurs emplacements simultanément. Parce qu’ils suivent certains de ces comportements quantiques, les condensats de Bose-Einstein peuvent offrir aux scientifiques des indices clés sur le fonctionnement de la mécanique quantique, aidant potentiellement à résoudre des mystères tels que la façon de créer une ” théorie de tout ” qui pourrait expliquer le fonctionnement du cosmos à partir de de la plus petite à la plus grande échelle.
Les scientifiques créent désormais régulièrement des condensats de Bose-Einstein dans des centaines de laboratoires à travers le monde. Cependant, une limitation qui fait obstacle à cette recherche est la gravité. Ces “super-atomes” sont extraordinairement fragiles et les configurations utilisées pour les créer sont incroyablement délicates, donc l’attraction de la gravité ressentie sur Terre peut perturber les deux, ce qui rend difficile d’en apprendre beaucoup sur eux.
Un laboratoire à bord de la station spatiale pour analyser les condensats de Bose Einstein
À ce titre, les chercheurs ont développé le Cold Atom Lab , qui peut générer des condensats de Bose-Einstein dans la microgravité trouvée en orbite à bord de la station spatiale. C’est un instrument expérimental dont le lancement vers la Station spatiale Internationale (ISS) initialement prévu en juin 20171 a été effectué le 21 mai 20182.
Cet instrument créera des conditions de froid extrême en microgravité par sa situation dans l’ISS, conduisant à la formation de condensats de Bose-Einstein d’un ordre de grandeur plus froids que ceux qui sont créés dans des laboratoires terrestres. Le Cold Atom Lab est petit et ne nécessite qu’une quantité relativement faible d’énergie afin de répondre aux contraintes spécifiques à bord de la station spatiale. Alors que l’équipement nécessaire à l’origine pour créer des condensats Bose-Einstein sur Terre peut occuper tout un laboratoire, le Cold Atom Lab ne prend qu’environ 0,4 mètre cube et nécessite au total en moyenne 510 watts de puissance.
En utilisant le Cold Atom Lab, les chercheurs d’une nouvelle étude ont découvert qu’ils pouvaient augmenter la durée pendant laquelle ils peuvent analyser ces condensats après que les pièges confinant le matériau soient éteints à plus d’une seconde. En comparaison, sur Terre, les scientifiques n’auraient que des centièmes de seconde pour la même tâche.
De plus, en microgravité , les scientifiques ont découvert qu’ils avaient besoin de forces plus faibles pour piéger les condensats. Ceci, à son tour, signifie qu’ils pourraient créer des condensats à des températures plus basses. Et, à ces températures, les effets quantiques exotiques deviendraient de plus en plus prononcés.
Jusqu’à présent avec cette étude, les chercheurs ont créé des condensats de Bose-Einstein en utilisant des atomes de rubidium. Finalement, ils visent également à ajouter des atomes de potassium pour enquêter sur ce qui se passe lorsque deux condensats se mélangent, a déclaré à Space.com l’auteur principal de l’étude, Robert Thompson, physicien au California Institute of Technology à Pasadena. De plus, les scientifiques cherchent maintenant à utiliser le Cold Atom Lab pour créer des condensats sphériques de Bose-Einstein, qui ne peuvent être créés que dans l’espace, a ajouté Thompson.
“Dans le passé, nos principaux aperçus sur le fonctionnement interne de la nature provenaient d’accélérateurs de particules et d’observatoires astronomiques; à l’avenir, je crois que les mesures de précision utilisant des atomes froids joueront un rôle de plus en plus important”, a déclaré Thompson.
Les scientifiques ont détaillé leurs conclusions dans le numéro du 11 juin de la revue Nature.