Quelle est la chose la plus froide au monde ? - Lina Marieth Hoyos

Retrouvez la leçon complète ici : https://ed.ted.com/lessons/what-is-the-coldest-thing-in-the-world-lina-marieth-hoyos

Les matériaux les plus froids ne sont pas en Antarctique ou au sommet
du Mont Everest. Ils sont dans les laboratoires : des nuages de gaz maintenus à quelques fractions de degré au-dessus du 0 absolu. Lina Marieth Hoyos nous explique comment des températures aussi basses permettent aux scientifiques d’étudier la matière et aux ingénieurs de créer des instruments très sensibles qui nous en disent plus sur l'univers.

Leçon par Lina Marieth Hoyos, animation par Adriatic Animation.

Les matériaux les plus froids
ne sont pas en Antarctique.

Ils ne sont pas au sommet
du Mont Everest

ou enterrés dans un glacier.

Ils sont dans les laboratoires :

des nuages de gaz maintenus à quelques
fractions de degré au-dessus du 0 absolu.

C'est 395 millions de fois plus
froid que votre réfrigérateur,

100 millions de fois plus froid
que le nitrogène liquide,

et 4 millions de fois plus froid
que l'espace.

Des températures aussi basses permettent
aux scientifiques d’étudier la matière

et permettent aux ingénieurs de créer
des instruments très sensibles

qui nous en disent plus sur tout,

de notre position
exacte sur la planète

à ce qui se passe
aux confins de l'univers.

Comment pouvons-nous créer
de telles températures ?

En ralentissant les particules
en mouvement.

Lorsque nous parlons de température,
nous parlons en réalité de mouvement.

Les atomes qui forment les solides,

les liquides

et les gaz

sont sans cesse en mouvement.

Quand les atomes bougent plus rapidement,
nous percevons la matière comme chaude.

Lorsqu'ils se déplacent plus lentement,
nous la percevons comme froide.

D'habitude, pour rendre froid
un objet ou un gaz chaud,

nous le plaçons dans un environnement
plus froid, comme un réfrigérateur.

Une partie du mouvement atomique
de l'objet chaud est diffusée

et il refroidit.

Mais il existe une limite :

même l'espace est trop chaud pour
créer des températures ultra-basses.

Les scientifiques ont donc trouvé un
moyen de ralentir directement les atomes -

avec un rayon laser.

Dans la majorité des cas,

l'énergie du laser fait monter
la température de l'objet.

Mais utilisé d'une certaine façon,

l'énergie du rayon peut bloquer le
mouvement des atomes pour les ralentir.

C'est ce qui se produit dans l'appareil
appelé piège magnéto-optique.

Les atomes sont injectés
dans une chambre sous vide,

et un champ magnétique
les attire vers le centre.

Un rayon laser visant
le centre de la pièce

est déclenché à la bonne fréquence

pour qu'un atome se dirigeant vers lui
absorbe un photon du rayon et ralentisse.

L'effet de ralentissement
vient du transfert d'énergie

entre l'atome et le photon.

Un total de six rayons, arrangés
de façon perpendiculaire,

assure que les atomes allant dans
toutes les directions soient interceptés.

Au centre, à l'endroit où
les rayons se croisent,

les atomes bougent au ralenti, comme s'ils
étaient piégés dans un liquide épais -

effet appelé « mélasse optique »
par les chercheurs qui l'ont inventé.

Un piège magnéto-optique comme celui-ci

peut refroidir les atomes
à seulement quelques microkelvins,

soit - 273 degrés Celsius.

Cette technique a été développée
dans les années 80,

et les scientifiques qui y ont contribué

ont gagné le prix Nobel de physique
en 1997 pour leur découverte.

La technique a été améliorée pour obtenir
des températures encore plus basses.

Mais pourquoi voudrions-nous
refroidir des atomes à ce point ?

Tout d'abord, les atomes froids
peuvent être de très bons détecteurs.

Avec si peu d'énergie,

ils sont incroyablement sensibles
aux fluctuations de l'environnement,

et sont donc utilisés dans des appareils
qui détectent les gisements souterrains

et dans les horloges
atomiques de haute précision,

comme celles utilisées dans
les satellites de localisation.

Ensuite, les atomes froids ont
un potentiel énorme

pour explorer les frontières
de la physique.

Leur sensitivité extrême
en fait des candidats

pour détecter les ondes gravitationnelles
dans les futurs détecteurs spatiaux.

Ils sont aussi utiles dans l'étude des
phénomènes atomiques et subatomiques,

où l'on doit mesurer des fluctuations
d'énergie très fines dans les atomes.

A des températures normales,
celles-ci sont noyées,

la vitesse des atomes étant de
centaines de mètres par seconde.

Le refroidissement laser ralentit les
atomes à quelques centimètres par seconde,

assez pour que le mouvement causé par les
effets quantiques atomiques soit visible.

Les atomes ultra froids ont déjà permis
aux scientifiques d'étudier des phénomènes

comme la condensation de Bose-Einstein,

où les atomes sont refroidis pour
quasiment atteindre le 0 absolu

et deviennent un nouvel et rare
état de matière.

Ainsi, les chercheurs poursuivent
leur apprentissage des lois de la physique

et résolvent les mystères de l'univers

grâce à l'aide des atomes
les plus froids de l'univers.