Artist’s concept of an atom chip for use by NASA’s Cold Atom Laboratory (CAL) aboard the International Space Station. CAL will use lasers to cool atoms to ultracold temperatures. Credit: NASA

Cet été, une boîte de la taille d’une glacière se rendra sur la Station Spatiale Internationale (ISS). Une fois ici, elle deviendra le point le plus froid de l’univers – plus de 100 millions de fois plus froid que l’espace profond lui-même. Les instruments à l’intérieur de la boîte – un « couteau » électromagnétique, des lasers et une chambre à vide – ralentiront les particules de gaz jusqu’à ce qu’elles soient presque immobiles, les amenant à juste un milliardième de degré au-dessus du zéro absolu.

Cette boîte et ses instruments sont appelés le Cold Atom Laboratory (CAL). CAL a été développé par Jet Propulsion Laboratory (JPL), financé par la NASA. En ce moment au JPL, CAL est en phase d’assemblage final et se prépare pour son voyage dans l’espace, prévu pour août 2017. CAL sera transporté sur le CRS-12 de SpaceX.

Une fois dans l’espace sur l’ISS, cinq équipes scientifiques utiliseront CAL pour mener des expériences. Parmi eux se trouve l’équipe dirigée par Eric Cornell, l’un des scientifiques qui a remporté le prix Nobel pour la création de condensats de Bose-Einstein en laboratoire en 1995.

Les atomes qui sont refroidis à des températures extrêmes peuvent former un état unique de la matière : un condensat de Bose-Einstein. Cet état est important scientifiquement parce qu’en lui, les lois de la physique quantique prennent le dessus et nous pouvons observer la matière se comporter plus comme des ondes et moins comme des particules. Cependant, ces rangées d’atomes, qui se déplacent ensemble comme des ondes, ne peuvent être observées que pendant des fractions d’une seconde sur Terre parce que la gravité amène les atomes à se déplacer vers le sol. CAL parvient à achever de nouvelles basses températures pour une observation plus longue de ces formes d’ondes mystérieuses.

Bien que la NASA n’ait jamais observé ou créé des condensats de Bose-Einstein dans l’espace, les atomes ultra-froids peuvent maintenir leurs formes ondulées plus longtemps pendant leur chute libre sur la Station Spatiale Internationale. Le scientifique du projet JPL, Robert Thompson, estime que le CAL rendra les condensats de Bose-Einstein observables pendant cinq à dix secondes. Il croit également que les améliorations apportées aux technologies CAL pourraient permettre des centaines de secondes de temps d’observation.

« L’étude de ces atomes hyper-froids pourrait remodeler notre compréhension de la matière et la nature fondamentale de la gravité », a déclaré Thompson. « Les expériences que nous ferons avec le Cold Atom Lab nous donneront un aperçu de la gravité et de l’énergie noire – certaines des forces les plus omniprésentes de l’univers. »

Ces expériences pourraient potentiellement conduire à des technologies améliorées, y compris les ordinateurs quantiques, les capteurs et les horloges atomiques pour la navigation sur les engins spatiaux. Selon Kamal Oudrhiri, directeur adjoint du projet de CAL, les applications de détection d’énergie sombre sont « particulièrement excitantes ». Les modèles physiques actuels indiquent que l’univers est composé d’environ 68 % d’énergie sombre, 27 % de matière noire et 5 % de matière ordinaire.

« Cela signifie que même avec toutes nos technologies actuelles, nous sommes toujours aveugles sur 95 % de l’univers », a déclaré Oudrhiri. « Comme une nouvelle lentille dans le premier télescope de Galileo, les atomes froids ultra-sensibles dans le Cold Atom Lab ont le potentiel pour débloquer de nombreux mystères au-delà des frontières de la physique connue. »

traduction Thomas Jousse

Phys.org, Nobel Prize, Futurism