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Accueil du site > Equipes de recherche > Condensats de Bose-Einstein > Condensats en rotation et réseaux de vortex

Gaz quantiques

par Jean Dalibard - publié le

Le développement spectaculaire des techniques de manipulation et de refroidissement d’atomes par des champs électromagnétiques a conduit à l’émergence d’une nouvelle thématique, les gaz quantiques. Il s’agit d’assemblées d’atomes froids, dans lesquelles les comportements collectifs des particules sont très différents de ceux prédits par la physique classique. Pour atteindre ce régime, il faut que la longueur d’onde de de Broglie, qui caractérise la taille d’un paquet d’ondes atomique, soit supérieure à la distance moyenne entre particules. Une idée directrice de nos recherches, explorée à la fois expérimentalement et théoriquement au laboratoire, consiste à utiliser ces gaz quantiques aux propriétés bien contrôlées pour simuler des situations inspirées de la physique de la matière condensée et encore mal comprises.

La nature statistique des particules, bosonique ou fermionique, conduit à des comportements radicalement différents pour ces gaz quantiques :

- Pour des bosons, on observe le phénomène de condensation de Bose-Einstein : une fraction macroscopique des atomes s’accumulent dans le même état quantique, ce qui confère au système des propriétés de cohérence exceptionnelles. Ces gaz condensés, ainsi que ainsi que leur transposition en dimension réduite, sont étudiés dans l’équipe Condensats de Bose-Einstein. Ils peuvent être préparés dans des systèmes miniaturisés, comme ceux développés dans l’équipe Micro-circuit à atomes pour étudier des applications allant de l’électrodynamique quantique en cavité à la métrologie à base d’atomes froids. L’équipe Puces à atomes cryogéniques implante ces pièges miniatures dans un environnement cryogénique, qui permet de tirer parti de la supraconductivité des fils servant à piéger les atomes et d’envisager de nouvelles classes d’expériences.

- Pour des fermions, le principe de Pauli interdit de placer plus qu’une particule dans un état quantique donné. Le comportement collectif observé est formellement très voisin de celui des électrons dans un solide. L’équipe Gaz de Fermi dégénérés a observé en particulier un état proche du régime introduit par Bardeen, Cooper et Schrieffer (BCS) pour décrire les supraconducteurs conventionnels. La possibilité de changer la force et la nature (attractive ou répulsive) des interactions entre fermions permet d’étudier la transition entre le régime BCS et un régime de condensat de Bose-Einstein de molécules bosoniques, formées à partir de deux fermions.

Des recherches théoriques sur les gaz quantiques sont menées dans les équipes d’Yvan Castin, de Franck Laloë et de Dominique Delande.