BOSE-EINSTEIN CONDENSATION DE

La condensation de Bose-Einstein, prévue par Albert Einstein et le physicien indien Satyendranath Bose dès 1924, a constitué pendant bien des années un des objectifs majeurs des physiciens du monde entier. En refroidissant un nuage d'atomes à une température proche du zéro absolu (quelques dixièmes de millionième de kelvin), deux équipes de chercheurs américains, Eric Cornell et ses collaborateurs à l'université du Colorado, puis un groupe du Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.), ont réussi à produire, en 1995, un tel condensat, étrange état de la matière, qui n'est ni solide ni liquide mais ressemblerait plutôt à un gaz pris en masse.

Le principe de la condensation de Bose-Einstein

La condensation de Bose-Einstein est un phénomène purement quantique ; elle plonge ses racines dans un monde qui n'a rien d'intuitif. La plupart des effets quantiques se manifestent soit dans le domaine microscopique, soit à basse température. Cette condensation ne déroge pas à la règle puisqu'elle apparaît lorsqu'on se rapproche du zéro absolu (— 273 0C ou 0 K). Autre fait remarquable et typique du monde quantique, elle ne peut se produire que pour un certain type de particules, les bosons (terme provenant de leur inventeur, Bose).

Toutes les particules formant l'Univers se classent en effet en deux catégories, les bosons et les fermions (cf. particules élémentaires). Ces deux familles diffèrent profondément par la manière dont elles se comportent au niveau quantique. Contrairement à ce qui se passe dans notre monde macroscopique régi par la mécanique classique, une particule ne peut pas avoir n'importe quelle vitesse ou n'importe quelle énergie. Seules sont autorisées pour l'énergie et quelques autres grandeurs physiques certaines valeurs bien déterminées correspondant à des états quantiques, que l'on peut se représenter c [...]

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ATOMIQUE PHYSIQUE

  • Écrit par 
  • Philippe BOUYER, 
  • Georges LÉVI
  •  • 6 703 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « Les lasers à atomes »  : […] » alors que les bosons s'apparentent plutôt aux « moutons de Panurge ». Les bosons ont ainsi tendance à s'accumuler dans l'état fondamental du système, c'est la condensation de Bose-Einstein. Ce phénomène, qui est certainement à l'origine de la superfluidité de l'hélium 4, fut clairement mis en évidence en 1995 dans un gaz […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-atomique/#i_43361

COHEN-TANNOUDJI CLAUDE (1933-    )

  • Écrit par 
  • Étienne GUYON
  •  • 764 mots

de la sorte un « laser à atomes » – un rêve qui pourrait devenir réalité depuis qu'un « condensat de Bose-Einstein » formé d'atomes de rubidium a été obtenu par son groupe en 1998. Il s'agit là d'un nouvel état de la matière particulièrement bien ordonné où toutes les particules du gaz s'accumulent dans le même état quantique. Les prédictions […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/claude-cohen-tannoudji/#i_43361

CORNELL ERIC A. (1961-    )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 404 mots

le groupe de Carl Wieman à l'université du Colorado à Boulder, où il est nommé professeur deux ans plus tard. Il se consacre alors à la recherche du condensat de Bose-Einstein, état prédit en 1924 par Satyendranath Bose et Albert Einstein, dans lequel les atomes sont sujets d'un étrange comportement collectif qui ne se décrit simplement qu'en […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/eric-a-cornell/#i_43361

KETTERLE WOLFGANG (1957-    )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 322 mots

par interaction avec un faisceau laser et par évaporation. En 1993, Ketterle est nommé professeur assistant et Dave Pritchard lui confie la direction de son équipe de recherche. Le 29 septembre 1995, l'équipe de Ketterle observe la condensation de Bose-Einstein de 500 000 atomes de sodium, après un cycle de refroidissement de 9 secondes […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/wolfgang-ketterle/#i_43361

LEE DAVID (1931-    )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 362 mots

– avait été découverte à la fin des années 1930 par le physicien russe Petr Kapitsa pour l'hélium 4, et était comprise comme une condensation de Bose-Einstein. Cette propriété quantique, qui ne sera mise en évidence qu'en 1995 pour des vapeurs de rubidium refroidies à quelque 10—7 K, résulte de l'effondrement de tous les atomes dans l'état de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/david-lee/#i_43361

MATIÈRE (physique) - États de la matière

  • Écrit par 
  • Vincent FLEURY
  •  • 5 803 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Un état encore moins classique, le superfluide quantique »  : […] Il se trouve que certains objets quantiques, les bosons, obéissent à un type de statistique, appelé statistique de Bose-Einstein, qui leur permet d'occuper « à plusieurs » le même état quantique. Dans cette circonstance, on peut placer une quantité macroscopique de matière dans un état quantique collectif, cohérent, unique. On peut observer ce type […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etats-de-la-matiere/#i_43361

OSHEROFF DOUGLAS DEAN (1945-    )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 364 mots

– avait été découverte à la fin des années 1930 par le physicien russe Petr Kapitsa pour l'hélium 4, et était comprise comme une condensation de Bose-Einstein. Cette propriété quantique, qui ne sera mise en évidence qu'en 1995 pour des vapeurs de rubidium refroidies à quelque 10—7 K, résulte de l'effondrement de tous les atomes dans l'état de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/douglas-dean-osheroff/#i_43361

PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Bosons

  • Écrit par 
  • Claude COHEN-TANNOUDJI, 
  • Jacques DUPONT-ROC, 
  • Gilbert GRYNBERG, 
  • Bernard PIRE
  •  • 3 728 mots
  •  • 4 médias

Dans le chapitre « Caractéristiques générales »  : […] T) — 1, où k est la constante de Boltzmann. Cette loi implique qu'à basse température, les états d'énergie minimale sont beaucoup plus peuplés que les autres. Les ensembles de bosons sont sujets, à très basse température, au phénomène appelé « condensation de Bose », qui favorise l'accumulation des particules dans un même état quantique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-bosons/#i_43361

RICHARDSON ROBERT COLEMAN (1937-2013)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 346 mots

– avait été découverte à la fin des années 1930 par le physicien russe Petr Kapitsa pour l'hélium 4, et était comprise comme une condensation de Bose-Einstein. Cette propriété quantique, qui ne sera mise en évidence qu'en 1995 pour des vapeurs de rubidium refroidies à quelque 10—7 K résulte de l'effondrement de tous les atomes dans l'état de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/robert-coleman-richardson/#i_43361

STATISTIQUE MÉCANIQUE

  • Écrit par 
  • Berni J. ALDER, 
  • Bernard JANCOVICI
  •  • 5 923 mots
  •  • 8 médias

Dans le chapitre « Statistique de Bose-Einstein »  : […] Cette réunion d'un nombre macroscopique de bosons dans un même état quantique s'appelle la condensation de Bose-Einstein. Cette condensation constitue un exemple simple de transition de phase : les fonctions thermodynamiques du système ont une singularité mathématique à la température T […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mecanique-statistique/#i_43361

SUPERFLUIDITÉ

  • Écrit par 
  • Sébastien BALIBAR
  •  • 3 564 mots
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Dans le chapitre « L'hélium 3 et les autres superfluides »  : […] Une faible attraction d'origine magnétique existe en effet entre atomes d'hélium 3, et elle est susceptible de les associer par paires, lesquelles subissent alors une condensation de Bose-Einstein. La superfluidité de ce système tient à ce que toute perte d'énergie passe par la brisure d'une paire, ce qui coûte au moins son énergie de liaison. Il […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/superfluidite/#i_43361

WIEMAN CARL E. (1951-    )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 403 mots

qui se révèle extrêmement utile au piégeage et au refroidissement des atomes. Rejoint par Eric Cornell en 1990, il se consacre à la quête du condensat de Bose-Einstein, état dans lequel les atomes se comportent à très basse température comme des ondes cohérentes identiques, à la façon des ondes lumineuses d'un laser. Les progrès rapides accomplis […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/carl-e-wieman/#i_43361

Voir aussi

Pour citer l’article

Elisabeth GIACOBINO, « BOSE-EINSTEIN CONDENSATION DE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/condensation-de-bose-einstein/