En 1992, alors qu\u2019il \u00e9tait doctorant en stage \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 nord-am\u00e9ricaine de Maryland, le physicien br\u00e9silien Luis Marcassa a fait la connaissance d\u2019Olivier Dulieu, un coll\u00e8gue fran\u00e7ais qui se trouvait pour un temps au National Institute of Standards and Technology (NIST) sur le campus de Gaithersburg, une ville voisine de l\u2019universit\u00e9. Les deux hommes se sont li\u00e9s d\u2019amiti\u00e9 et sont devenus de proches collaborateurs. Dans les ann\u00e9es 1990, ils ont publi\u00e9 ensemble quelques articles scientifiques sur les collisions de mol\u00e9cules et d\u2019atomes ultrafroids, maintenus \u00e0 des temp\u00e9ratures proches du z\u00e9ro absolu ou z\u00e9ro Kelvin (-273,15 \u00baC).<\/p>\n
Au fil du temps, la collaboration est devenue occasionnelle et les travaux communs plus rares. Marcassa a poursuivi sa carri\u00e8re \u00e0 l\u2019Institut de physique de S\u00e3o Carlos de l\u2019Universit\u00e9 de S\u00e3o Paulo (IFSC-USP). Dulieu a continu\u00e9 ses recherches au Laboratoire Aim\u00e9 Cotton (LAC) de l\u2019Universit\u00e9 Paris-Saclay, dont il est aujourd\u2019hui le directeur. Mais au d\u00e9but de la derni\u00e8re d\u00e9cennie, les deux chercheurs ont repris leur ancien partenariat, d\u00e9sormais de mani\u00e8re plus syst\u00e9matique.<\/p>\n
La coop\u00e9ration repose sur une division du travail qui s\u2019appuie sur le point fort des deux groupes. Les exp\u00e9rimentations sont faites \u00e0 S\u00e3o Carlos et la partie th\u00e9orique des \u00e9tudes \u00e0 Paris. Marcassa coordonne actuellement un projet en partenariat avec les membres du LAC\u00a0: \u00ab\u00a0Ils nous aident \u00e0 concevoir les exp\u00e9riences et \u00e0 interpr\u00e9ter les r\u00e9sultats. [\u2026] C\u2019est l\u2019un des meilleurs groupes de physique th\u00e9orique sur les mol\u00e9cules et les atomes froids au monde\u00a0\u00bb.<\/p>\n
Dans le cadre de cette coop\u00e9ration, la partie des \u00e9tudes r\u00e9alis\u00e9e \u00e0 l\u2019IFSC est financ\u00e9e par la FAPESP et celle r\u00e9alis\u00e9e au laboratoire de Paris par l\u2019Agence nationale de la recherche (ANR). La physicienne Nadia Bouloufa-Maafa, du LAC, coordonne la partie fran\u00e7aise du projet\u00a0: \u00ab\u00a0L\u2019\u00e9quipe de Marcassa a une longue tradition d\u2019exp\u00e9riences dans le domaine des collisions froides. [\u2026] Nos groupes ont des comp\u00e9tences compl\u00e9mentaires.\u00a0\u00bb<\/p>\n
L\u2019objectif principal du projet commun est de cr\u00e9er de nouvelles techniques laser et perfectionner celles d\u00e9j\u00e0 connues pour refroidir et pi\u00e9ger des mol\u00e9cules compos\u00e9es de deux atomes de rubidium (Rb\u2082), un m\u00e9tal alcalin extr\u00eamement r\u00e9actif, dans ce que l\u2019on appelle l\u2019\u00e9tat fondamental. En m\u00e9canique quantique, la th\u00e9orie qui d\u00e9crit le comportement de la lumi\u00e8re et de la mati\u00e8re \u00e0 l\u2019\u00e9chelle atomique et subatomique, cet \u00e9tat correspond \u00e0 l\u2019\u00e9nergie la plus basse qu\u2019un syst\u00e8me puisse pr\u00e9senter.<\/p>\n
Dans cette condition, les mol\u00e9cules et les atomes ne sont pas excit\u00e9s (activ\u00e9s). Ils n\u2019ont pas d\u2019exc\u00e8s d\u2019\u00e9nergie et r\u00e9duisent au maximum deux types de mouvements : la vibration et la rotation. Pour atteindre cet \u00e9tat \u00e9galement appel\u00e9 \u00e9quilibre stationnaire, dans lequel le syst\u00e8me n\u2019a pas d\u2019\u00e9nergie suppl\u00e9mentaire \u00e0 perdre sous forme de chaleur ou de lumi\u00e8re, la mol\u00e9cule de rubidium doit \u00eatre refroidie \u00e0 des temp\u00e9ratures d\u2019environ 10 millioni\u00e8mes de degr\u00e9s au-dessus du z\u00e9ro absolu.<\/p>\n
Conserver des mol\u00e9cules dans leur \u00e9tat fondamental va stimuler les \u00e9tudes sur la nature complexe des collisions entre atomes ultrafroids et r\u00e9v\u00e9ler les propri\u00e9t\u00e9s des r\u00e9actions chimiques au niveau quantique. \u00ab\u00a0Nous pourrons voir comment les r\u00e9actifs interagissent et g\u00e9n\u00e8rent le produit de ces r\u00e9actions. C\u2019est un domaine que nous appelons la superchimie\u00a0\u00bb, explique Marcassa. En plus de gains potentiels en termes de connaissances fondamentales, ce stade de moindre \u00e9nergie d\u2019un syst\u00e8me peut \u00eatre une plate-forme utile pour le d\u00e9veloppement d\u2019applications dans les champs de la communication et de l\u2019informatique quantique.<\/p>\n
Au cours des dix derni\u00e8res ann\u00e9es, les groupes de S\u00e3o Carlos et du LAC ont publi\u00e9 ensemble 14 articles, dont certains ont \u00e9t\u00e9 \u00e9crits avant m\u00eame la formalisation du projet actuel. En 2019, par exemple, ils ont publi\u00e9 dans Physical Review Letters<\/em> un article sur le d\u00e9veloppement d\u2019une strat\u00e9gie plus simple pour refroidir les mol\u00e9cules de rubidium, qui n\u2019utilise pas plusieurs faisceaux laser (mais un seul) ou des \u00e9quipements co\u00fbteux.<\/p>\n Lors de l\u2019exp\u00e9rience, qui a servi de test initial, les chercheurs ont r\u00e9ussi \u00e0 abaisser la temp\u00e9rature de 74\u00a0% des 10 000 mol\u00e9cules de rubidium \u00e0 des valeurs tr\u00e8s proches du z\u00e9ro absolu. En rapprochant les mol\u00e9cules de cet \u00e9l\u00e9ment de leur \u00e9tat fondamental, la strat\u00e9gie a pratiquement annul\u00e9 la vibration des particules. En revanche, le r\u00e9sultat est moins significatif en ce qui concerne le mouvement de rotation.<\/p>\n La plupart des travaux des deux groupes visent \u00e0 d\u00e9velopper des techniques de pi\u00e9geage et de refroidissement des mol\u00e9cules de rubidium, le syst\u00e8me classique qui concentre la quasi-totalit\u00e9 des exp\u00e9riences du secteur. Actuellement, par exemple, les Br\u00e9siliens et les Fran\u00e7ais travaillent au d\u00e9veloppement d\u2019une source capable de g\u00e9n\u00e9rer un laser puissant, mais avec un faisceau plus large que le laser standard. Ce type d\u2019appareil pourrait produire des r\u00e9sultats plus significatifs dans des travaux avec des mol\u00e9cules de rubidium.<\/p>\n Parall\u00e8lement, le partenariat envisage de lancer des \u00e9tudes et de tester des sch\u00e9mas de refroidissement avec d\u2019autres compos\u00e9s diatomiques que le rubidium. Cette classe de mol\u00e9cules est form\u00e9e par la liaison de deux atomes seulement, qui peuvent provenir du m\u00eame \u00e9l\u00e9ment chimique ou d\u2019\u00e9l\u00e9ments diff\u00e9rents. C\u2019est le cas, respectivement, des mol\u00e9cules de c\u00e9sium (Cs\u2082) et du monofluorure de baryum (BaF), qui ont fait l\u2019objet d\u2019\u00e9tudes r\u00e9centes dans ce domaine. D\u2019apr\u00e8s Bouloufa-Maafa, \u00ab\u00a0d\u00e9velopper des techniques de refroidissement et de pi\u00e9geage pouvant \u00eatre appliqu\u00e9es \u00e0 des mol\u00e9cules diatomiques \u2018chaudes\u2019 (qui sont \u00e0 des temp\u00e9ratures plus \u00e9lev\u00e9es que le rubidium) pourrait \u00eatre int\u00e9ressant pour plusieurs domaines de la physique\u00a0\u00bb.<\/p>\n Projet
\nCollisions sur un \u00e9chantillon de mol\u00e9cules froides pi\u00e9g\u00e9es impliquant un \u00e9tat quantique bien d\u00e9fini : COCOTRAMOS (n\u00ba 21\/04107-0<\/a>); Modalit\u00e9<\/strong> Projet Th\u00e9matique ; Accord<\/strong> Agence Nationale de la Recherche (ANR) ; Chercheur responsable<\/strong> Luis Marcassa (USP); Investissement<\/strong> 1.257.041,23 r\u00e9ais BRL<\/p>\n