L’automne est là et les températures baissent. Dans certaines régions, on a même déjà frôlé le gel. Il fait froid sur la France. Mais pas aussi froid que dans ce laboratoire allemand dans lequel des chercheurs ont récemment enregistré une température de seulement 38 picokelvins. Un record !

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[EN VIDÉO] Interview : existe-t-il une température maximale ? Puisqu’il existe une température minimale qui représente l’immobilité presque absolue des atomes ou des molécules (-273,15 °C), l'impossibilité de dépasser la vitesse de la lumière impose-t-elle une température maximale ? Dans le cadre de sa série de vidéos Questions d’experts sur la physique et l’astrophysique, l’éditeur De Boeck a interrogé José-Philippe Pérez, professeur émérite à l’Université de Toulouse, afin qu’il réponde à cette question.

Sur le papier, la température la plus basse qui puisse exister, c'est celle que l'on appelle le zéro absolu. Une température de zéro kelvin qui correspond à -273,15 °C. À cette température, les particules se trouvent dans leur état d'énergieénergie le plus bas. Et ce qui est intéressant, c'est qu'en s'en rapprochant, les chercheurs ont pu observer des changements dans les propriétés de la matière. L'hélium liquideliquide devient superfluidesuperfluide, par exemple. Il s'écoule sans plus aucune viscositéviscosité.

Pour en apprendre un peu plus sur ce genre de phénomènes, les scientifiques espèrent s'approcher toujours plus du fameux zéro absoluzéro absolu. Ce que vient justement de réussir une équipe regroupant des chercheurs allemands et français. En laboratoire, les physiciensphysiciens ont enregistré une température incroyablement basse de 38 picokelvins. Soit 38 billionièmes de kelvins seulement au-dessus du zéro absolu. Un record ! Qui n'a tenu que deux secondes. Mais tout de même...

Des chercheurs ont exploité les interactions atomiques pour induire une oscillation de mode collectif dans un condensat de Bose-Einstein. En le libérant une fois qu’il s’est effondré autour de son axe, son expansion est réduite le long du même axe. L’application d’une lentille magnétique cylindrique permet de limiter l’expansion le long des deux autres axes. C’est ce que les physiciens appellent la collimation 3D. Le cas de la collimation 2D est ici donné à titre de comparaison. © Alan Stonebraker, APS
Des chercheurs ont exploité les interactions atomiques pour induire une oscillation de mode collectif dans un condensat de Bose-Einstein. En le libérant une fois qu’il s’est effondré autour de son axe, son expansion est réduite le long du même axe. L’application d’une lentille magnétique cylindrique permet de limiter l’expansion le long des deux autres axes. C’est ce que les physiciens appellent la collimation 3D. Le cas de la collimation 2D est ici donné à titre de comparaison. © Alan Stonebraker, APS

Faire encore plus froid

Les chercheurs se sont inspirés des travaux réalisés à bord de la Station spatiale internationale (ISS) en 2018. Les astronautes avaient atteint les 100 nanokelvins - soit un dix millionième de kelvin - en produisant et en maintenant un condensat de Bose-Einsteincondensat de Bose-Einstein. Sur Terre, les chercheurs ont travaillé sur des atomesatomes de rubidiumrubidium. Sur un nuagenuage de gazgaz composé de quelque 100.000 atomes. Un nuage maintenu en haut d'une tour de chute libre - la « Fallturm Bremen » - de plus de 120 mètres par un piège magnétique permettant aussi de concentrer ces atomes en un condensat de Bose-Einstein et de les refroidir. Lorsque les chercheurs ont éteint le piège, le nuage s'est lentement étendu dans toutes les directions. Alors même qu'il tombait de la tour. Ce qui a provoqué son refroidissement extrême.

Les scientifiques pensent pouvoir jouer sur le nombre d'atomes impliqués notamment pour réussir à atteindre une température encore plus basse. Mais déjà la configuration qu'ils ont choisie pourrait permettre de tester les théories de la gravitégravité au niveau quantique.