Une équipe de chercheurs a refroidi la matière à un milliardième de degré par rapport au zéro absolu, plus froide même que les profondeurs de l’espace, loin de toute étoile.
L’espace interstellaire ne devient jamais aussi froid en raison du fait qu’il est uniformément rempli de fond de micro-ondes cosmique (CMB), une forme de rayonnement laissée par un événement qui s’est produit peu de temps après la Big Bang quand il univers c’était dans son enfance. La matière refroidie est encore plus froide que la région la plus froide connue de l’espace, la Nébuleuse du boomerangsitué à 3 000 années-lumière de la Terre, qui a une température d’un degré au-dessus du zéro absolu.
L’expérience, menée à l’Université de Kyoto au Japon, a utilisé des fermions, ce que les physiciens des particules appellent toute particule qui compose la matière, y compris les électrons, les protons et les neutrons. L’équipe a refroidi leurs fermions, des atomes de l’élément ytterbium, à environ un milliardième de degré au-dessus du zéro absolu, la température hypothétique à laquelle tout mouvement atomique cesserait.
“À moins qu’une civilisation extraterrestre ne fasse des expériences comme celles-ci en ce moment, chaque fois que cette expérience a lieu à l’Université de Kyoto, elle produit les fermions les plus froids de l’univers”, a déclaré le chercheur de l’Université de Rice, Kaden Hazzard, qui a participé. dans l’étude. déclaration (s’ouvre dans un nouvel onglet).
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L’équipe a utilisé des lasers pour refroidir la matière en limitant le mouvement de 300 000 atomes dans un réseau optique. L’expérience simule un modèle de physique quantique proposé pour la première fois en 1963 par le physicien théoricien John Hubbard. Le modèle dit de Hubbard permet aux atomes de démontrer des propriétés quantiques inhabituelles, y compris un comportement collectif entre électrons tels que supraconducteur (la capacité de conduire l’électricité sans perte d’énergie).
“La récompense d’avoir ce rhume est que la physique change vraiment”, a déclaré Hazzard. “La physique commence à devenir plus mécanique quantique et vous permet de voir de nouveaux phénomènes.”
Le rayonnement “fossile” qui maintient l’espace au chaud
L’espace interstellaire ne peut jamais être aussi froid en raison de la présence du CMB. Ce rayonnement uniforme et uniformément réparti a été créé par un événement au cours de l’expansion initiale rapide de l’univers peu après le Big Bang, la soi-disant dernière diffusion.
Lors de la dernière diffusion, les électrons ont commencé à se lier aux protons, formant les premiers atomes d’hydrogène, l’élément le plus léger qui existe. À la suite de cette formation d’atomes, l’univers a rapidement perdu ses électrons libres. Et parce que les électrons dispersent les photons, l’univers était opaque à la lumière avant la dernière diffusion. Avec les électrons liés aux protons de ces premiers atomes d’hydrogène, les photons pourraient soudainement voyager librement, rendant l’univers transparent à la lumière. La dernière diffusion a également marqué la dernière fois que des fermions comme les protons et les photons avaient la même température.
À la suite de la dernière diffusion, les photons ont rempli l’univers à une température spécifique de 2,73 Kelvin, ce qui équivaut à moins 454,76 degrés Fahrenheit (moins 270,42 degrés Celsius), soit seulement 2,73 degrés au-dessus du zéro absolu : 0 Kelvin ou moins 459,67 degrés F (moins 273,15 degrés C).
Il y a une région dans l’univers connu, la nébuleuse du Boomerang, un nuage de gaz qui entoure un mourant Etoile dans la constellation du Centaure, qui est encore plus froide que le reste de l’univers : environ 1 Kelvin ou moins 457,6 ⁰F (moins 272⁰ C). Les astronomes pensent que la nébuleuse Boomerang est refroidie par le gaz froid en expansion craché par l’étoile mourante au centre de la nébuleuse. Mais même la nébuleuse Boomerang ne peut pas rivaliser avec les températures de l’atome d’ytterbium dans la dernière expérience.
L’équipe à l’origine de cette expérience travaille actuellement au développement des premiers outils capables de mesurer un comportement qui survient un milliardième de degré au-dessus du zéro absolu.
“Ces systèmes sont assez exotiques et spéciaux, mais l’espoir est qu’en les étudiant et en les comprenant, nous puissions identifier les ingrédients clés qui doivent être présents dans les vrais matériaux”, a conclu Hazzard.
Les recherches de l’équipe sont publiées le 1er septembre dans physique de la nature (s’ouvre dans un nouvel onglet).
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