Cohen-Tannoudji : « Le condensat de Bose-Einstein est comme les soldats qui défilent au talon »
Je pense que la principale difficulté de la mécanique quantique est qu'il commande dans le monde microscopique. Il explique le comportement des particules élémentaires, atomes, électrons... Et ce comportement et ce que nous voyons dans le monde macroscopique, qui commande l'intuition classique, sont très différents.
Cependant, il convient que les gens se rendent compte que dans ce monde dans lequel nous vivons, la mécanique quantique est partout, dans les appareils que nous utilisons quotidiennement. Lecteurs de CD, transistors, ordinateurs, internet, etc. Tous ces outils technologiques sont basés sur des effets quantiques : effet transistor, émission stimulée, lumière laser...
Par conséquent, la difficulté de la mécanique quantique réside dans le fait qu'elle contient des concepts de physique que nous ne voyons pas dans le monde classique, comme la matière se compose non seulement de particules mais aussi d'ondes. C'est un concept difficile.
L'optique quantique explique comment la lumière peut être utilisée pour transmettre des informations, faire des photodétecteurs très sensibles, des appareils photo numériques, etc. Pour expliquer à quelqu'un ce que je fais, je prends un exemple d'eux et lui explique comment cela fonctionne.
En outre, je pense qu'il est important de dire aux gens que la physique répond à des questions de base. Comment est l'univers, si elle est en expansion, ce qu'est le Big Bang, la structure du temps, la structure de l'espace... Et la seule façon de répondre à ces questions de base est de faire de la science.
La science fait donc partie de la culture humaine, comme la poésie, la musique ou la peinture. Nous devons faire de la science, faire de la physique et l'expliquer aux gens.
La vérité est que nous voulions comprendre les interactions de base entre les atomes et la lumière. Et quand nous comprenons mieux ce qui se passe quand un atome est éclairé par un faisceau laser, alors nous avons commencé à penser quelles étaient les applications de base. Et nous avons réalisé que nous pourrions l'utiliser pour amortir (refroidir) les atomes.
C'est vrai: quand on comprend mieux la physique de base apparaissent de nouvelles idées, des options qui étaient auparavant impensables. Ainsi apparaissent de nouvelles applications qui permettent de voir de nouveaux phénomènes et de nouvelles questions surgissent. C'est une spirale sans fin !
Oui. Nous utilisons l'échelle Kelvin et nous sommes actuellement à quelques degrés de la température du zéro Kelvin (0K). Étant donné que la température ambiante est de 300 K, la température la plus basse que nous avons atteint est par milliard. Par ailleurs, c'est la température la plus basse de l'univers, puisque la température de l'espace interstellaire est de 2,7 K si l'on tient compte du rayonnement cosmique du fond.
Car nous avons obtenu des températures un million de fois inférieures. Cela ne peut être fait que dans un laboratoire.
Non, c'est une asynthèse. C'est une limite, donc, n'a pas de sens.
Quant à la limite pratique, en mécanique quantique nous avons une limite: Principe d'incertitude de Heisenberg. En conséquence, la position (x) et le moment (p) --ou la vitesse sont liés : ils ne peuvent pas être mesurés en même temps. Pour atteindre le zéro absolu, l'atome doit se tenir, de sorte que la vitesse est définie et la position ne peut pas être déterminée. C'est-à-dire, pour mettre un gaz à des températures très basses, il faut chaque fois faire plus de caisse.
Cependant, lorsque nous faisons l'expérience, l'outil a une certaine mesure, nous avons la limite de cette mesure. Mais il y a beaucoup d'options. La température d'un nanocelvin (10 -9 K) correspond à une mesure de 30 microns, le million de mètres.
Et dans l'expérience de laboratoire, nous avons plus de 30 microns. Par conséquent, le principe d'incertitude ne nous limite pas pour le moment, mais nous limitera à mesure que nous baisserons la température.
Et c'est que, à des températures très basses, nous avons aussi un autre effet de la mécanique quantique: chaque particule a une onde. La longueur d'onde de cette onde est inversement proportionnelle à la vitesse. Ainsi, quand un atome refroidit, à mesure que sa vitesse diminue, la longueur d'onde augmente. À des températures très basses les particules sont des ondes de grande longueur d'onde, et les ondes de tous les atomes se lient, se superposent.
Dans cette situation ils agissent comme les ondes aquatiques : ils s'unissent ou s'entravent. Ces interactions quantiques constituent la condensation Bose-Einstein.
Le condensat est un état de la matière, formé d'atomes qui se trouvent dans le même état quantique. Les atomes sont dans la même phase, ils ont la même vitesse… comme l'armée des soldats qui défilent au talon. Ils ont un caractère cohérent. Et ses caractéristiques étonnantes sont, par exemple, la superfluidité (caractéristique principale des superconducteurs). Dans ce milieu il n'y a pas de friction, le système est totalement fluide. Par conséquent, il a des caractéristiques impressionnantes.
Oui, c'est vrai. La différence entre la lumière et le laser (ce dernier est très directionnel et cohérent) et la matière conventionnelle et le condensat de Bose-Einstein. La matière conventionnelle est désordonnée et tous les atomes du condensat Bose-Einstein sont dans le même état.
Ainsi, vous pouvez également faire des rayons avec des ondes de matière, analogues à la lumière laser. Ils sont appelés lasers atomiques.
Avec ces ondes de matière on peut faire une optique: lithographie, lasers atomiques, giromètres atomiques... il y a beaucoup d'applications possibles.
Je vois les deux activités totalement liées. Et c'est que pour enseigner un sujet il faut l'analyser en profondeur : pour enseigner quelque chose il faut le comprendre encore plus. Et cela est très utile pour la recherche.
D'autre part, enseigner sans se consacrer à la recherche peut être obsolète dans quelques années. Et cela ne sert à rien d'enquêter si vous ne le transmettez pas. Il s'agit donc d'une performance fondamentalement commune. En France, nous appelons attreur: professeur et chercheur à la fois.
Jusqu'à l'année dernière, j'ai été professeur à Còllege de France. Còllege de France est une institution très spéciale où chaque professeur enseigne chaque année une matière différente. Et il n'y a pas d'élèves, peut aller n'importe qui, ne donnent pas de titres, il ne faut pas s'inscrire… Ainsi, seules les personnes intéressées viennent à la classe.
Par conséquent, je suis obligée d'enseigner quelque chose de nouveau chaque année. C'est un grand défi, mais aussi un encouragement pour le travail. Cela m'a beaucoup aidé, parce que je dois apprendre constamment, et c'est aussi un stimulant pour la recherche. Pour tout cela, je crois que l'enseignement et la recherche sont étroitement liés.
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