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Cinquième état de matière exotique réalisé sur la Station spatiale internationale

Par Jonathan O’Callaghan

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L’astronaute Christina Koch installe le Cold Atom Laboratory sur l’ISS

NASA / JSC

UN cinquième type de matière EXOTIQUE a été créé dans l’un des endroits les plus froids de l’univers – un appareil à bord de la Station spatiale internationale (ISS).

Le Cold Atom Laboratory (CAL) a été lancé à l’ISS en 2018 pour enquêter sur un type étrange de matière, connu sous le nom de condensat de Bose-Einstein (BEC). Cet appareil de la taille d’une valise refroidit des atomes de rubidium et de potassium dans une chambre à vide, en utilisant la lumière laser pour ralentir leur mouvement. Les champs magnétiques contiennent alors le nuage d’atomes résultant, qui est refroidi à un zéro presque absolu à -273 ° C, produisant un BEC.

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Cette substance froide a été initialement théorisée par Albert Einstein et Satyendra Nath Bose au début des années 1920 comme le cinquième état de la matière, après les solides, les liquides, les gaz et le plasma. Il s’agit d’un gaz surfondu qui ne se comporte plus comme des atomes et des particules individuels, mais plutôt comme une entité dans un seul état quantique.

«C’est assez remarquable car cela vous donne un objet de mécanique quantique de taille macroscopique», explique Maike Lachmann à l’Université Leibniz de Hanovre en Allemagne.

Les BEC ont été produits dans diverses expériences sur Terre depuis 1995, mais celles-ci sont gênées par la gravité, qui effondre les nuages ​​en une fraction de seconde. L’environnement de microgravité de l’ISS les maintient stables pendant plusieurs secondes, leur permettant d’être étudiés plus en détail.

Robert Thompson du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et ses collègues ont fait fonctionner le CAL à distance et ont publié leurs premiers résultats. Bien qu’il ne s’agisse principalement que d’une démonstration du fonctionnement de la machine, il existe quelques aperçus alléchants de ce qui pourrait être possible un jour.

«Il s’agit davantage d’une réalisation technologique», explique Thompson. « Mais à l’avenir, cela permettra un large éventail de sciences. »

Les premiers résultats montrent que les BEC se comportent différemment en orbite. L’équipe a découvert qu’environ la moitié des atomes se formaient en un nuage de type halo autour du corps principal du BEC. Au sol, ces atomes tomberaient simplement à cause de la gravité, mais en microgravité sur l’ISS, le nuage reste suspendu (La nature, s41586-020-2346-1 DOI: 10.1038 / s41586-020-2346-1).

Dans un avenir proche, les chercheurs espèrent utiliser l’expérience pour regarder les atomes entrer en collision à un niveau quantique. Ils veulent également sonder les ondulations dans l’espace-temps appelées ondes gravitationnelles en surveillant les perturbations dans le mouvement des atomes.

À plus long terme, l’expérience pourrait également aborder des idées comme le principe d’équivalence d’Einstein, qui dit que toutes les masses dans un champ gravitationnel donné accélèrent de la même manière. Des tests en microgravité pourraient révéler s’il y a des violations du principe. « Il n’est généralement pas judicieux de parier contre Einstein », explique Thompson. « Mais il est toujours important de tester ces choses. »

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