Des chercheurs de l’université d’Innsbruck, en Autriche, ont créé et observé des amas liés appelés chaînes de Bethe dans un gaz atomique ultrafroid, a annoncé l’établissement le 14 septembre. Ce travail offre un moyen contrôlé d’étudier le comportement collectif des particules quantiques, avec des indices d’amas de plus de six atomes.
L’équipe de Hanns-Christoph Nägerl a collaboré avec des théoriciens à Amsterdam et Munich. Son article évalué par les pairs est paru dans Nature Communications le 29 août ; l’annonce universitaire d’aujourd’hui explique l’expérience. Hans Bethe avait prédit ces états en 1931. De petites chaînes ont déjà été observées dans des aimants quantiques et des qubits supraconducteurs.
Selon l’université, les chercheurs ont refroidi des atomes de césium à quelques milliardièmes de degré au-dessus du zéro absolu, puis les ont répartis dans des milliers de tubes étroits. Leur mouvement était ainsi limité essentiellement à une direction. Passer d’interactions répulsives à attractives a produit un mélange d’amas liés de tailles différentes.
Pour identifier les chaînes, l’équipe a comparé deux expansions. Dans les tubes, les amas entraient en collision sans se désagréger. Libérer le gaz dans trois dimensions rompait les états liés et accélérait l’expansion, permettant de sonder leur énergie de liaison. Les atomes non liés donnaient pratiquement la même énergie dans les deux mesures.
L’article décrit d’autres indices dans la distribution des quantités de mouvement et dans le contact de Tan, une mesure liée aux corrélations entre particules. Les résultats concordent quantitativement avec l’hydrodynamique généralisée, un cadre théorique pour ces systèmes. L’avancée concerne des mélanges de nombreuses chaînes, dont de grandes, élargissant les observations antérieures de petites chaînes individuelles.
Selon l’université, ce gaz permet de régler précisément la géométrie, la densité et les interactions pour étudier la formation et les collisions de ces objets collectifs. Les auteurs évoquent de nouvelles possibilités d’explorer la cohérence quantique, la dynamique non linéaire et la thermalisation, processus par lequel un système en interaction s’approche de l’équilibre thermique.
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