Les physiciens viennent de capturer la lumière agissant comme une “colle” entre les atomes, dans une sorte de molécule faiblement liée.
“Nous avons réussi pour la première fois à polariser plusieurs atomes entre eux de manière contrôlée, créant une force d’attraction mesurable entre eux”, explique Matthias Sonnleitner, physicien à l’université d’Innsbruck.
Les atomes se connectent pour former des molécules de diverses manières, impliquant toutes un échange de charge comme une sorte de « superglue ».
Certains partagent leurs électrons chargés négativement, formant des liaisons relativement fortes, comme les gaz plus simples de deux atomes d’oxygène liés que nous respirons constamment, avec des hydrocarbures complexes flottant dans l’espace. Certains atomes s’attirent en raison de différences dans leur charge globale.
Les champs électromagnétiques peuvent modifier la disposition des charges autour de l’atome. Étant donné que la lumière est un champ électromagnétique qui change rapidement, une pluie de photons correctement dirigés peut pousser les électrons dans des positions qui pourraient, en théorie, les voir se lier.
“Si vous allumez maintenant un champ électrique externe, cette distribution de charge change un peu”, explique le physicien Philipp Haslinger de l’Université technique de Vienne (TU Wien).
“La charge positive se décale légèrement dans un sens, la charge négative se décale légèrement dans l’autre sens, l’atome a soudainement un côté positif et un côté négatif, il est polarisé.”
Haslinger, la physicienne atomique de la TU Wien Mira Maiwöger et ses collègues ont utilisé des atomes de rubidium ultrafroids pour montrer que la lumière peut polariser les atomes de la même manière, ce qui rend les atomes neutres un peu collants.
“Il s’agit d’une force d’attraction très faible, vous devez donc effectuer l’expérience très soigneusement afin de la mesurer”, explique Maiwöger.
“Si les atomes ont beaucoup d’énergie et se déplacent rapidement, la force d’attraction disparaît immédiatement. C’est pourquoi un nuage d’atomes ultra-froids a été utilisé.”
L’équipe a piégé un nuage d’environ 5 000 atomes sous une puce recouverte d’or, dans un seul plan, à l’aide d’un champ magnétique.
Aquí es donde enfriaron los átomos a temperaturas cercanas al cero absoluto (−273 °C o −460 °F), formando un cuasicondensado, por lo que las partículas de rubidio comienzan a actuar colectivamente y comparten propiedades como si estuvieran en el quinto estado de la matière. mais pas dans la même mesure.
Frappés par un laser, les atomes ont subi diverses forces. Par exemple, la pression de rayonnement des photons entrants peut les pousser le long du faisceau lumineux. Pendant ce temps, les réponses des électrons peuvent attirer l’atome dans la partie la plus intense du faisceau.
Pour détecter l’attraction subtile que l’on pense se produire entre les atomes dans ce torrent d’électromagnétisme, les chercheurs ont dû faire des calculs minutieux.
Lorsqu’ils ont éteint le champ magnétique, les atomes sont tombés librement pendant environ 44 millisecondes avant d’atteindre le champ de lumière laser, où ils ont également été imagés à l’aide de la microscopie à fluorescence à feuille de lumière.
Au cours de l’automne, le nuage s’est naturellement dilaté, ce qui a permis aux chercheurs de prendre des mesures à différentes densités.
À des densités élevées, Maiwöger et ses collègues ont découvert que jusqu’à 18 % des atomes manquaient sur les images d’observation qu’ils prenaient. Ils pensent que ces absences ont été causées par des collisions assistées par la lumière qui ont éjecté des atomes de rubidium de leur nuage.
Cela montrait une partie de ce qui se passait : ce n’était pas seulement la lumière entrante qui influençait les atomes, mais aussi la lumière qui était diffusée par les autres atomes. Lorsque la lumière frappe les atomes, elle leur donne une polarité.
Selon le type de lumière utilisé, les atomes étaient attirés ou repoussés par une intensité lumineuse plus élevée. Ainsi, ils ont été attirés vers la région de lumière inférieure ou vers la lumière supérieure ; dans chaque cas, ils ont fini par s’empiler.
“Une différence essentielle entre les forces de rayonnement habituelles et les [light triggered] est que cette dernière est une interaction particule-particule efficace, médiée par la lumière diffusée », écrivent Maiwöger et ses collègues dans leur article.
“Il ne piège pas les atomes dans une position fixe (par exemple, le foyer d’un faisceau laser), mais les attire plutôt vers des régions de densité de particules maximale.”
Bien que cette force qui rassemble les atomes soit beaucoup plus faible que les forces moléculaires que nous connaissons le mieux, à grande échelle, elle peut s’additionner. Cela peut modifier les schémas d’émission et les lignes de résonance, des caractéristiques que les astronomes utilisent pour éclairer notre compréhension des objets célestes.
Cela pourrait également aider à expliquer comment les molécules se forment dans l’espace.
“Dans l’immensité de l’espace, de petites forces peuvent jouer un grand rôle”, explique Haslinger.
“Ici, nous avons pu montrer pour la première fois que le rayonnement électromagnétique peut générer une force entre les atomes, ce qui peut aider à apporter un nouvel éclairage sur des scénarios astrophysiques qui n’ont pas encore été expliqués.”
Cette recherche a été publiée dans Examen physiqueX.