Des molécules froides, ultra-froides

Actualité
Israël | Science de la matière : matériaux, physique, chimie, optique
10 janvier 2020

Une équipe de chercheurs de l’Institut Weizmann a réalisé la prouesse de refroidir des molécules à des températures extrêmement proches du zéro-absolu. Leur technique, qu’ils sont les seuls à maîtriser, promet de bouleverser dans les années qui viennent la façon dont nous comprenons la chimie ainsi que la physique des molécules ultra-froides.

Illust: Photo. L'équipe (...), 153.6 ko, 1200x717 — Photo. L’équipe à l’origine de cette recherche, de gauche à droite : Yair Segev, Prof. Ed Narevicius, Dr. Martin Pitzer, Julia Narevicius et Michael Karpov (crédits : service photographie de l’Institut Weizmann)

La température de n’importe quel gaz est définie comme étant une mesure de l’énergie cinétique c’est-à-dire de la vitesse des atomes qui le constituent. Plus un gaz est chaud plus ses atomes se déplacent rapidement et inversement. Par exemple, à température ambiante, les molécules de l’air qui vous entoure se déplacent à quelques centaines de mètres par seconde ! Afin de refroidir un gaz proche du zéro-absolu, les scientifiques de l’Institut Weizmann ont dû trouver une technique pour ralentir des molécules de quelques centaines de mètres par seconde à quelques centimètres par seconde – bien plus facile à dire qu’à faire !

Les chercheurs ont adapté une technique bien connue utilisée pour refroidir des atomes, mais la structure complexe des molécules rend la tâche beaucoup (beaucoup !) plus complexe. L’idée est d’utiliser le même mécanisme que celui qui refroidit votre thé, l’évaporation. Un thé chaud laissé à l’abandon sur un coin de table fume car le liquide se débarrasse de ses molécules d’eau les plus chaudes et ne restent après une dizaine de minutes que les molécules d’eau les plus froides.

Ce procédé fonctionne bien à température ambiante mais il est impossible de refroidir du thé proche du zéro absolu si la tasse qui le contient n’est pas elle-même à des températures aussi froides. Il n’est pas possible aujourd’hui de refroidir un solide à des températures si basses donc l’équipe a dû innover et a eu l’idée d’utiliser un champ magnétique capable de contenir les molécules dans une tasse immatérielle, et ce en lévitation dans le vide. Ce véritable tour de force leur a permis de faire s’évaporer les molécules à des températures de quelques millièmes de degrés au-dessus du zéro-absolu.

Le perfectionnement de cette technique permettra dans les années qui viennent d’étudier les propriétés quantiques des molécules ultra-froides et ainsi d’en apprendre plus sur la façon dont les réactions chimiques ont lieu.

Sources :

Rédacteur : Arnaud Courvoisier, doctorant à l’Institut Weizmann.