3. Le refroidissement des atomes par laser
Les lasers permettent de geler sur place les atomes d'un gaz et de les amener à des températures très basses, à quelques millionièmes de kelvin au-dessus du zéro absolu, tout en maintenant une certaine distance entre eux, ce qui leur évite d'interagir.
À la température ambiante, les atomes parcourent dans tous les sens la cellule qui les contient avec des vitesses de plusieurs centaines de mètres par seconde, à cause de l'agitation thermique. Pour les refroidir, il faut réduire cette agitation thermique, en d'autres termes, les ralentir. Le refroidissement par laser repose sur un effet connu sous le nom de pression de radiation. Les photons, particules de lumière transportées par un faisceau, peuvent pousser un objet léger placé sur leur trajet. Cette force agit aussi sur les atomes individuels : un atome qui absorbe un photon recule sous le choc. Mais, pour que les atomes les absorbent, les photons doivent avoir une certaine fréquence, c'est-à-dire une couleur bien précise, qui dépend de l'atome considéré, jaune orangé pour le sodium, à la limite du rouge et de l'infrarouge pour le rubidium. On imagine bien qu'un faisceau laser heurtant un atome qui va à sa rencontre ralentira ce dernier.
Il était plus difficile de ralentir tous les atomes d'une vapeur. Une méthode exploitant l'effet Doppler, qui change la fréquence des ondes pour un système en mouvement, permet de le faire. Imaginons tout d'abord que les atomes ne se déplacent que sur une ligne droite, mais dans les deux sens. On les éclaire avec deux faisceaux lasers arrivant en sens opposés. De plus, et c'est là le cœur de cette technique, on accorde le laser sur une fréquence un peu plus faible que celle qu'absorberaient des atomes immobiles. Par suite de l'effet Doppler, les atomes qui se dirigent vers un des lasers voient la fréquence de celui-ci augmentée par le mouvement. Ce déplacement de fréquence compense le décalage initial, et les atomes absorbent facilement les pho […]
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