lundi 10 février 2014

Le Point le Plus Froid de l'Univers

Dans deux ans, la station spatiale internationale (ISS) abritera le point le plus froid de l'Univers. En effet, c'est en 2016 que sera installé sur l'ISS le Cold Atom Laboratory (CAL) de la NASA, dont l'objectif est de fournir les températures les plus proches du zéro absolu.

L'ISS (NASA)
Le zéro absolu est situé à zéro Kelvins (ce qui fait -273,15 degrés celsius). La température du vide de l'Univers est celle du fond diffus cosmologique qui est le rayonnement qui baigne tout. Et ce rayonnement se trouve avoir une température de 2,7 Kelvins. C'est très chaud par rapport à ce que pourra offrir le CAL. Tenez vous : la température du CAL pourra descendre à 100 picoKelvin : un dix milliardième de degrés au dessus du zéro absolu...

A ces températures extrêmes, les notions de liquide, solide ou gazeux n'ont plus de sens. La matière se comporte comme une masse quantique au comportement peu commun, ce qu'on appelle un condensat de Bose-Einstein. C'est principalement pour étudier ces condensats de Bose-Einstein que le CAL a été conçu. Mais il s'agira non seulement de condensats à ultra-faible température, mais également en micro-gravité. 
Car l'un des très gros avantages d'utiliser un tel instrument en apesanteur, c'est que c'est justement la gravité sur Terre qui empêche de construire des chambres à refroidissement extrêmes sans devoir apporter des quantités d'énergie considérables pour fabriquer des champs magnétiques complexes pour contrecarrer le mouvement des molécules du fait de leur poids, même minuscule...
Schéma du Cold Atom Lab. (NASA/JPL/Cal-Tech)

Cela sera beaucoup plus aisé à bord de l'ISS, et ce n'est que dans ces conditions que pourront être atteintes des températures de l'ordre de 100 pK. C'est à ces températures que les physiciens pensent pouvoir créer dans le condensat des ondes de matière de la taille d'un cheveu, un phénomène quantique qui pourrait être visible à l’œil nu...

Là où les physiciens pouvaient réaliser une observation à très basse température durant 1 secondes en labo terrestre, ils pourront la faire durer 20 secondes dans le CAL. Une équipe de physiciens qui exploitera le CAL veut déjà faire des expériences inédites, comme par exemple mélanger deux condensats de Bose-Einstein, et ils ne savent pas encore du tout ce qui va se passer, dans de telles conditions hyper froides et en microgravité...

Le but de ces recherches est bien sûr de mieux comprendre cet état extrême de la matière. L'étude des condensats de B-E a déjà apporté quelques innovations dans le domaine de l'optique et des lasers, et le CAL pourrait y adjoindre de nouvelles contributions, en plus de créer le point le plus froid de l'Univers connu...