Des atomes ultrafroids aux étoiles à neutrons - SFP

SOCIETE FRANCAISE
DE PHYSIQUE
Section Locale
ALSACE
Conférence
Christophe SALOMON
Laboratoire Kastler Brossel, Ecole Normale Supérieure, Paris
Mercredi 27 juin 2012 à 17h30
Amphithéâtre Fresnel de l'UFR de Physique et Ingénierie
3, rue de l'Université 67000 STRASBOURG
Des atomes ultrafroids aux étoiles à neutrons
Les gaz d’atomes dilués constituent aujourd’hui des systèmes modèles très utiles pour aborder
les problèmes complexes de physique à N corps rencontrés en physique du solide, en physique
nucléaire ou en astrophysique. A très basse température, la longueur de Broglie des particules
devient de l’ordre de la distance moyenne entre atomes et les effets quantiques collectifs se
manifestent de façon spectaculaire. Pour les particules de spin entier, les bosons, la
condensation de Bose-Einstein d’un gaz dilué se produit autour du microkelvin et le système
devient superfluide. Pour les particules de spin demi-entier, les fermions, le régime de
dégénérescence quantique est moins spectaculaire lorsque les fermions n’interagissent pas
entre eux. En présence d’interaction attractive, en revanche, les fermions peuvent s’apparier et
former une phase superfluide. Pour les électrons d’un métal refroidi a basse température, l’on
observe le phénomène de supraconductivité dont on a fêté l’an dernier le centième anniversaire
de sa découverte.
Nous montrerons comment les atomes ultrafroids offrent la possibilité de régler l’amplitude et le
signe de la force des interactions entre atomes. Les méthodes de piégeage par laser permettent
aussi de créer des potentiels lumineux périodiques qui simulent la structure cristalline au sein de
laquelle se déplacent les électrons ou encore des potentiels désordonnés.
On accède ainsi à un régime de corrélations fortes,
très difficile à décrire théoriquement, en particulier
pour les fermions. Pour les gaz de fermions de
spin ½, la superfluidité se produit à une
température rapportée à l’énergie de Fermi
remarquablement élevée et présente des analogies
avec les systèmes solides supraconducteurs à
haute température critique. Nous décrirons
quelques expériences récentes qui illustrent les
nouvelles possibilités offertes par ces systèmes
modèles pour comprendre la physique des
fermions fortement corrélés et valider (ou invalider)
les approches théoriques les plus récentes [1,2].
Malgré plusieurs dizaines d’ordres de grandeur
entre les paramètres des gaz froids et des étoiles à
neutrons ultradenses, les quantités thermodynamiques mesurées en laboratoire permettent
d’en déduire l’équation d’état de la couche externe
des étoiles à neutrons.
[1] S. Nascimbène, N. Navon, K. Jiang, F. Chevy, and C. Salomon, Nature 463, 1057 (2010)
[2] N. Navon, S. Nascimbène, F. Chevy, and C. Salomon, Science 328, 729 (2010)
Avant la conférence, à 17h : thé, café et petits gâteaux