Des chercheurs ont photographié ce que personne n’avait vu depuis 100 ans

Une avancée historique vient d’être franchie dans le monde de la physique quantique. Pour la toute première fois, des chercheurs ont réussi à capturer des images d’atomes individuels flottant librement et interagissant dans l’espace. Une prouesse technologique qui confirme, près d’un siècle plus tard, certaines des prédictions les plus fondamentales de la mécanique quantique.

L’étude révolutionnaire menée par Yao et son équipe dévoile une avancée majeure dans l’observation des gaz quantiques, offrant une plongée inédite dans les comportements microscopiques des bosons et fermions.

Méthodologie innovante

En s’affranchissant des limites des réseaux optiques traditionnels, les chercheurs ont réalisé une microscopie in situ des atomes en mouvement libre, dans un continuum spatial. Cette technique permet une résolution individuelle des particules, capturant leurs positions exactes et révélant les corrélations quantiques avec une précision sans précédent.

Révélations sur les bosons

- Condensation de Bose-Einstein : L’imagerie directe montre la transition vers un état condensé, où les atomes s’unissent dans un même état quantique, confirmant théoriquement ce phénomène avec une clarté expérimentale inégalée.

- Corrélations renforcées : Pour les bosons thermiques (non condensés), l’étude mesure une augmentation des interactions par paires, signature des effets collectifs quantiques.

Comportement des fermions

- Trou d’échange : Observation directe de la suppression des corrélations à courte distance chez les fermions, manifestation visuelle du principe d’exclusion de Pauli.

- Paires non locales : Dans les gaz de Fermi fortement interactifs en 2D, des paires d’atomes liés émergent, dont la taille et la dynamique varient continûment lors de la transition BEC-BCS – un graal de la physique ultrafroide.

Applications et perspectives

La technique ouvre la voie à l’analyse in situ de systèmes quantiques complexes :

- Thermométrie instantanée via le théorème fluctuation-dissipation, cruciale pour les études hors équilibre.

- Mesure du contact à courte portée, paramètre clé des gaz fortement corrélés.

- Exploration future des mélanges boson-fermion et des phases exotiques de la matière.

Cette percée, comparée à un " microscope quantique ", éclaire d’un jour nouveau l’intrication des particules, promettant de déchiffrer des énigmes allant des supraconducteurs à haute température à la matière neutronique