William D. Phillips a changé la façon dont nous mesurons le froid. Le physicien américain, né à Wilkes-Barre, en Pennsylvanie, en 1948, n’étudiait pas seulement les atomes. Il les a congelés. Ses travaux utilisant la lumière laser pour refroidir et piéger des atomes lui ont valu le prix Nobel de physique en 1997. Il a partagé cet honneur avec Steven Chu et Claude Cohen-Tannoudji, qui ont également développé des méthodes de refroidissement laser et de piégeage d’atomes.
Phillips a obtenu son doctorat en physique en 1976. Il a effectué des recherches postdoctorales au MIT. Puis, en 1978, il rejoint le Bureau national des normes à Gaithersburg, Maryland. Cet endroit est maintenant l’Institut national des normes et de la technologie. C’est là qu’il a mené des recherches primées.
Il s’appuie sur les travaux antérieurs de Chu. Phillips a développé de nouvelles méthodes pour mesurer la température des atomes refroidis par laser. En 1988, quelque chose de surprenant s’est produit. Il a découvert que les atomes atteignaient une température six fois inférieure à la limite théorique prévue. Cela enfreignait les règles telles qu’on les appelait à l’époque.
Claude Cohen-Tannoudji a peaufiné la théorie pour expliquer ces nouveaux résultats. Lui et Phillips ont ensuite étudié des méthodes permettant de piéger des atomes refroidis à des températures encore plus basses. Leur travail sur les techniques de refroidissement laser a fait plus que simplement refroidir les choses. Cela a ouvert la porte à un nouvel état de la matière.
Le condensat de Bose-Einstein
Cette porte a conduit à la première observation du condensat de Bose-Einstein en 1995. Les scientifiques avaient prédit cet état 70 ans plus tôt, à l’époque où Albert Einstein et Satyendra Nath Bose théorisaient à ce sujet.
“Dans cet état, les atomes sont si refroidis et si lents qu’ils fusionnent et se comportent comme une seule entité quantique.”
Pensez-y. Les atomes rebondissent généralement. Ils sont distincts. Individuel. Dans un condensat, ils sont si froids qu’ils fusionnent. Ils se comportent comme une seule entité quantique. Il est beaucoup plus gros que n’importe quel atome individuel.
Ce n’était pas seulement une astuce de laboratoire. Il a prouvé que la mécanique quantique, habituellement réservée aux petits et aux rapides, pouvait être observée dans un état lent, froid, presque macroscopique. Les techniques perfectionnées par Phillips et ses collègues ont permis de ralentir les atomes à un rythme effréné.
Pourquoi est-ce important aujourd’hui ? Parce que contrôler la température au niveau atomique permet une précision incroyable. Cela conduit à de meilleures horloges atomiques. Il permet des capteurs plus précis. Cela nous aide à comprendre les éléments fondamentaux de la réalité.
Le voyage de Phillips depuis une petite ville de Pennsylvanie jusqu’au sommet du monde de la physique a commencé par une question simple : jusqu’à quel point peut-on avoir froid ? Et il s’est avéré que la réponse était plus froide que quiconque ne l’aurait cru possible. Le laser n’a pas seulement arrêté les atomes. Cela a changé ce que nous pensions que les atomes pouvaient faire.
