Des scientifiques chinois refroidissent des atomes de rubidium à 9,7 picokelvins sur la station spatiale Tiangong

Selon des résultats publiés dans la revue Science, des scientifiques chinois ont refroidi un nuage d'atomes de rubidium à 9,7 picokelvins à bord de la station spatiale Tiangong, le maintenant stable pendant sept secondes pour l'observation.

L'expérience a été réalisée dans le rack de physique des atomes ultra-froids à bord de la station spatiale chinoise. Le projet a commencé ses études de faisabilité en 2011, et son système expérimental a été lancé avec le module Mengtian en 2022. Il a été organisé par le Centre de technologie et d'ingénierie pour l'utilisation spatiale de l'Académie chinoise des sciences (CAS), tandis que sa réalisation a été assurée par l'Université de Pékin et l'Institut de Shanghai d'optique et de mécanique fine (SIOM) du CAS.

L'expérience

Le précédent record était de 38 picokelvins, établi par une équipe allemande en 2021. L'équipe chinoise a utilisé un piège tout-optique pour maintenir le nuage d'atomes, puis a réduit l'intensité du laser pour le refroidir davantage par évaporation, et a enfin appliqué une étape de refroidissement profond appelée diffusion non adiabatique.

Par rapport à l'approche de piège magnétique utilisée internationalement, la méthode chinoise est moins sensible aux interférences magnétiques, plus facile à contrôler avec précision dans l'espace et dispose de plus d'accès optiques disponibles. Par conséquent, elle est compatible avec une plus grande variété d'expériences de simulation quantique.

Pour atteindre un tel objectif, l'équipe a intégré un système expérimental terrestre d'environ 20 mètres cubes et 10 tonnes dans un rack de seulement 0,7 mètre cube et 0,5 tonne, surmontant des défis clés dans les systèmes à ultra-haut vide, les lasers à fibre de haute puissance, la stabilisation à long terme de la fréquence laser et l'intégration optique de haute précision.

Temps d'observation et applications

Les expériences au sol peuvent observer les atomes pendant seulement environ 0,05 seconde, l'Station spatiale internationale pendant environ 1 seconde, et la station spatiale chinoise désormais pendant 7 secondes.

« Plus nous pouvons observer longtemps, plus il est probable que nous trouvions de nouveaux phénomènes physiques plus faibles », a déclaré Xiong Wei, co-auteur principal de l'article.

Cette réalisation pourrait aider les scientifiques à étudier les transitions de phase, la dynamique hors équilibre et les corrélations quantiques à plusieurs corps à des températures extrêmement basses, et soutenir la recherche sur la simulation de l'univers primordial et la détection de la matière noire ultralégère, a déclaré Chen Weibiao, chercheur au SIOM.

Lyu Congmin, chef concepteur du système d'application spatiale du programme spatial habité de la Chine, a déclaré : « Nous accueillons les scientifiques du monde entier pour mener des recherches expérimentales avec le rack de physique des atomes ultra-froids sur la station spatiale chinoise afin d'apporter de nouvelles contributions à la communauté scientifique. »

Pourquoi cela compte

• Le résultat a été publié dans la revue Science.
• Le précédent record était de 38 picokelvins, établi par une équipe allemande en 2021.
• Le nuage d'atomes a été maintenu stable pendant sept secondes à bord de la station spatiale Tiangong.
• La technologie pourrait soutenir les horloges atomiques de haute précision, la mesure inertielle par interférométrie atomique et l'informatique quantique.

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Sources (en anglais)

• scmp.com: Chinese scientists chill atoms to record low on Tiangong space station | South China Morning Post
• bignewsnetwork.com: China sets world record for coldest temperature aboard space station

Traduction réalisée par IA de l’article original en anglais, vérifiée automatiquement pour dire la même chose que l’original. Les sources ont été vérifiées en anglais.