La NASA est sur le point de mettre en orbite l’endroit le plus froid de la Terre, le Cold Atom Laboratory (CAL), que les astronautes utiliseront pour créer des conditions inédites à des températures 100 millions de fois plus froides que celles des profondeurs de l’espace.
Le laboratoire d’atomes froids sera embarqué à bord d’une fusée SpaceX à destination de la Station spatiale internationale, où l’on espère que la boîte ultra-froide révélera d’étranges phénomènes physiques lorsque les atomes seront refroidis à un milliardième de degré au-dessus du zéro absolu.
“L’étude de ces atomes hyperfroids pourrait remodeler notre compréhension de la matière et de la nature fondamentale de la gravité”, a déclaré Robert Thompson, scientifique du projet CAL, du Jet Propulsion Laboratory de la NASA.
“Les expériences que nous réaliserons avec le laboratoire d’atomes froids nous donneront un aperçu de la gravité et de l’énergie sombre – certaines des forces les plus répandues dans l’Univers.”
Au cas où vous n’auriez jamais songé à ce qu’était l’endroit le plus froid de la Terre jusqu’à il y a environ 30 secondes, le laboratoire d’atomes froids de la NASA est une boîte de la taille d’une glacière équipée de lasers, d’une chambre à vide et d’un “couteau” électromagnétique pour ralentir les particules jusqu’à un état presque immobile.
L’instrument est encore en phase finale de construction, et cette mission, dont le lancement est prévu en août, sera son premier grand test.
L’objectif est de remplir le laboratoire d’atomes froids de particules gazeuses à bord de la station spatiale internationale, où l’environnement unique de microgravité permettra aux chercheurs d’observer des phénomènes quantiques inédits, impossibles à détecter sur Terre.
La forme exotique de matière appelée condensat de Bose-Einstein – un état “superfluide” dans lequel les atomes se transforment en de mystérieuses formes d’onde qui n’ont jamais été observées aux températures du Cold Atom Lab – présente un intérêt particulier.
Comme cet état n’a aucune viscosité, les atomes sont capables de se déplacer sans friction, comme s’ils étaient une seule substance solide, explique la NASA.
“Si vous aviez de l’eau superfluide et que vous la faisiez tourner dans un verre, elle tournerait éternellement”, explique Anita Sengupta, responsable du projet Cold Atom Lab.
“Il n’y a pas de viscosité pour la ralentir et dissiper l’énergie cinétique. Si nous parvenons à mieux comprendre la physique des superfluides, nous pourrons peut-être apprendre à les utiliser pour un transfert d’énergie plus efficace.”
Les condensats de Bose-Einstein présentent un intérêt particulier pour les physiciens car, dans cet état, la relativité générale – à la physique quantique, et la matière commence à se comporter moins comme des particules et plus comme des ondes. les règles passent de la physique classique – telle que la théorie d’Einstein de la
La compréhension de cette transition est la clé de l’une des plus grandes questions ouvertes de la physique moderne. Utilisées séparément, la relativité générale et la théorie quantique des champs peuvent expliquer respectivement les choses les plus grandes et les plus petites de l’Univers, mais aucun physicien n’a jamais réussi à unifier les deux dans une “théorie du tout” tant convoitée.
C’est la raison pour laquelle les physiciens adoreraient observer les condensats de Bose-Einstein pendant des jours, mais comme l’attraction terrestre met rapidement fin à l’état de chute libre nécessaire pour maintenir cette matière exotique, elle n’est généralement observable que pendant quelques fractions de seconde.
Dans l’environnement de microgravité de l’espace, cependant, les scientifiques devraient être en mesure d’obtenir une vue beaucoup plus substantielle des choses – la NASA prévoit qu’ils pourront maintenir les condensats de Bose-Einstein dans le laboratoire d’atomes froids pendant 5 à 10 secondes dans l’espace.
Non seulement cela pourrait nous aider à comprendre ce qui lie la physique classique et la physique quantique, mais une meilleure compréhension des condensats de Bose-Einstein pourrait conduire à des capteurs, des télescopes et des horloges atomiques plus précis utilisés dans la navigation des vaisseaux spatiaux, et pourrait même accélérer la course vers le premier ordinateur quantique au monde.
“Comme une nouvelle lentille dans le premier télescope de Galilée, les atomes froids ultra-sensibles du Cold Atom Lab ont le potentiel de percer de nombreux mystères au-delà des frontières de la physique connue”, déclare Kamal Oudrhiri, chef de projet adjoint du CAL.
Dépêchez-vous, août – nous devons voir ce truc en action !