Vide et condensats de Bose-Einstein

Depuis leur première mise en évidence expérimentale en 1995, les physiciens n’ont eu de cesse d’étudier les propriétés insolites des condensats de Bose-Einstein (BECs), ce nouvel état de la matière apparaissant quand des atomes ou des molécules d’un gaz placé à très basse température se condensent de manière cohérente dans un même état quantique. Les progrès ont été tels que les BECs ne sont désormais plus des curiosités de laboratoire étudiées pour elles-mêmes. L’équipe d’Eric Cornell, l’une des meilleures au monde dans ce domaine, vient d’apporter l’un des premiers exemples d’utilisation pratique des BECs dans le cadre d’une expérience de physique fondamentale de haute précision concernant l’effet Casimir-Polder. Cet effet est lié à la nature quantique et fluctuante du vide avec une multitude de particules virtuelles y apparaissant et disparaissant sans arrêt. L’un des effets de ce ballet incessant est l’apparition d’une force attractive entre deux plaques n’étant pas chargées ; c’est le célèbre effet Casimir. De la même manière, l’effet Casimir-Polder concerne l’existence d’une force attractive entre un atome neutre (ou une collection d’atomes dans le cas qui nous intéresse) et une plaque qui serait placée à proximité. La sensitivité des expériences menées jusqu’à présent avait limité l’étude de ces deux effets uniquement pour des petites distances d’interaction inférieures à 2 micromètres. L’extrême sensibilité des BECs aux changements de leur environnement et aux influences extérieures a permis de mesurer l’influence de forces des centaines de fois moins intenses que lors des expériences précédentes et de sonder l’effet Casimir-Poulder jusqu’à une distance de 10 micromètres. Cela a été possible en mesurant la fréquence d’oscillation d’un BEC d’atomes de Rubidium situé à proximité d’une plaque de silice. Cette fréquence d’oscillation varie légèrement en fonction de l’intensité de la force attractive apparaissant par effet Casimir-Polder. Les variations mesurées lors de cette expérience sont de l’ordre du dix-millième. Les résultats obtenus sont en accord avec les prédictions théoriques. D.M Harber, J.M. Obrecht, J.M. McGuirk et E.A. Cornell, Phys. Rev. A 72 (2005), 033610 « BEC to basics », Ed Gerstner, Nature Physics online, 22 sept 2005, doi :10.1038/nphys146 « Just another tool », Don Monroe, Phys. Rev. Focus, 8 sept 2005