Télécharger le PDF
publicité
Institut de physique Actualités scientifiques Les atomes magnétiques forment leur condensat de Bose-Einstein en deux étapes. Diagramme de phase du condensat atomique. Mai 2012 Obtenus à très basse température, un condensat de Bose-Einstein est un état de la matière dans lequel tous les atomes se regroupent dans une même onde quantique. Des physiciens du Laboratoire de Physique des Lasers (CNRS / Univ. Paris 13) ont observé pour la première fois l’existence de deux étapes lors de cette condensation pour des atomes magnétiques : l’apparition d’une condensation partielle dans un état magnétisé, puis la condensation de l’ensemble des atomes dans un état non magnétisé. Ce travail fait l’objet d’une publication dans la revue Physical Review Letters. Il permet d’aborder sous un nouvel œil le rôle des interactions à longue portée entre atomes dans les relations entre magnétisme et superfluidité. Les physiciens du Laboratoire de Physique des Lasers ont refroidi à très basse température des atomes de chrome en contrôlant de manière très précise le champ magnétique dans lequel ceux-ci étaient placés. Ces atomes de chrome ont un spin 3, et par conséquent, leur état fondamental est composé de 7 sous niveaux dont l’écart d’énergie est d’autant plus faible que le champ magnétique est faible. En outre, la nature magnétique de ces atomes conduit à l’existence d’interactions magnétiques à longue portée entre eux. Les chercheurs ont étudié le comportement d’un nuage formé d’atomes de chrome à champ magnétique B très faible et à des températures T situées autour de la température critique de condensation (de 100 nK à 1 µK). Lorsque le champ magnétique dépasse une valeur critique de l’ordre de 100 nT, l’aimantation de tous les atomes du gaz s’aligne avec le champ et l’on observe une condensation dans un état à un seul composant. En revanche, pour des valeurs inférieures au champ magnétique critique, l’interaction entre atomes prend le dessus : il se produit une dépolarisation spontanée du condensat comme le révèle l’analyse résolue en spin du gaz après sa libération du piège optique. L’expérience développée permet alors de suivre la « trajectoire » du système dans son diagramme de phase. Le système initialement formé d’un mélange « quasi-Boltzmannien » d’états magnétiques condense en partie dans un seul état magnétique, puis une seconde transition correspond à l’entrée dans une nouvelle phase pour laquelle tous les états de spin sont condensés et l’aimantation plus faible. Un exemple de dépolarisation du condensat. Les lignes continues marquent les limites des trois phases accessibles. Les histogrammes donnent des exemples de populations relatives mesurées dans ces phases. Dans la phase A, les 7 sous-niveaux de spin sont non-dégénérés ; les populations sont données par des distributions de Bose « quasi-Boltzmanniennes ». Dans la phase B, l’état de spin M=-3 est condensé et les autres états obéissent aux lois précédentes. Dans la phase C, tous les états sont condensés. Les lignes pointillées représentent deux trajectoires dans l’espace des phases. L’une au-dessus du seuil en B montre qu’en refroidissant le système tend vers un condensat ferromagnétique. L’autre, au-dessous du seuil, montre qu’alors le système évolue vers une phase non ferromagnétique et qu’il subit deux transitions de phase. La température de la première transition est abaissée par la libération du degré de liberté de spin ; les triangles noirs sont des points expérimentaux. En savoir plus Thermodynamics of a Bose-Einstein Condensate with Free Magnetization, B. Pasquiou, E. Maréchal, L. Vernac, O. Gorceix et B. Laburthe-Tolra, Phys. Rev. Lett.,108, 045307 (2012) Contact chercheur Olivier Gorceix, enseignant-chercheur Informations complémentaires •Laboratoire de physique des lasers, UMR 7538 CNRS - Univ. Paris 13 www.cnrs.fr Institut de Physique CNRS - Campus Gérard Mégie 3 rue Michel-Ange, 75794 Paris Cedex 16 T 01 44 96 42 53 [email protected] www.cnrs.fr/inp Illustration du bandeau : © CNRS Photothèque/CEMES - Cornelis Van Der Beek (LSI)
