Des chercheurs de l'Université de Bonn refroidissent du gaz au moyen de tirs de laser

C'était il y a trois décennies: des chercheurs américains et finnois imaginaient une méthode extrêmement performante pour refroidir des gaz au moyen de „tirs de laser“. Mais ce n'est qu'aujourd'hui qu'une équipe de physiciens de l'Université de Bonn a pu apporter la preuve que celle-ci fonctionnait réellement. L'étude menée par les scientifiques de Bonn paraîtra dans la prochaine édition de la revue spécialisée „Nature“. Le refroidissement rapide par tirs de laser ouvre de nouvelles perspectives à la recherche sur la matière entre autres. Cette méthode pourra vraisemblablement servir aussi à la construction de mini-réfrigérateurs d'un genre nouveau. Les chercheurs ont expérimenté au cours de leur étude un principe de refroidissement complètement nouveau.

Pour ce faire ils ont eu recours à une caractéristique de l'atome: à savoir la sensibilité à la lumière. Pendant ce processus, l'électron s'écarte de sa trajectoire autour du noyau de l'atome et rejoint une trajectoire plus éloignée. Cependant cela ne réussit que quand la lumière irradiée a la couleur adéquate: la couleur rouge est plus pauvre en énergie que le bleu. C'est pourquoi la „bourrade“ que donne un laser rouge à l'électron ne suffit éventuellement pas pour le projeter sur une autre trajectoire plus élevée.

Les atomes qui composent un gaz entrent régulièrement en collision – plus la pression du gaz est élevée, plus les collisions sont fréquentes. „Quand elles se produisent, les trajectoires des électrons dans les corpuscules ‚se déforment’, explique le Professeur Martin Weitz de l'Institut de Physique appliquée. „Au moment où le crash se produit, on dispose de moins d'énergie qu'en temps normal pour catapulter l'électron sur une trajectoire plus élevée.“ Après la collision les trajectoires d'électron se normalisent à nouveau. Pour pouvoir ensuite se maintenir sur la trajectoire supérieure l'électron doit „emprunter“ l'énergie qui lui manque. „Pour ce faire il utilise l'énergie cinétique de l'atome qui s'en trouve ralenti“, affirme Ulrich Vogl, un collaborateur du Professeur Weitz. La rapidité et la température sont les deux côtés d'une seule et même médaille: plus les molécules présentes dans un gaz sont lentes, plus celui-ci est froid. Les tirs de laser provoquent donc le refroidissement du gaz.

Cette élégante méthode a déjà été proposée en 1978 par des chercheurs de New York et d'Helsinki. Mais leur idée concernait essentiellement les gaz dont la pression n'était pas particulièrement haute. Voilà pourquoi les expériences menées en leur temps ne furent pas couronnées de succès. Les chercheurs de Bonn ont pour leur part mélangé de l'argon à des traces de rubidium, puis ont porté ce mélange à 350 degrés celsius et l'ont soumis à une pression de 230 bar. „Dans ces conditions nous avons été en mesure d'activer le rubidium au moyen d'un laser dont l'énergie aurait été insuffisante en temps normal“, affirme le Professeur Weitz. „Lors de cette expérience le mélange gazeux a refroidi de pratiquement 70 degrés en l'espace de quelques secondes.

 “ En procédant à ces expériences les physiciens de Bonn voulaient tout d'abord prouver que de manière générale le refroidissement par laser sous pression fonctionnait. Mais le Professeur Weitz en est certain: „tout cela devrait aussi fonctionner avec des gaz soumis à la température ambiante“. „Il est éventuellement possible que , grâce à cette méthode, l'on parvienne même à atteindre des températures proches du point zéro absolu.“ Il existe déjà des procédés lasers grâce auxquels on peut obtenir un refroidissement de cet ordre pour certains gaz. Mais ils ne fonctionnent qu'avec des pressions extrêmement basses – le mélange gazeux utilisé à Bonn était dix milliards de fois plus dense. Par ailleurs la nouvelle méthode permet d'obtenir des niveaux de refroidissement bien plus importants. On peut penser par exemple que sur la base de cette méthode on sera bientôt en mesure de concevoir des mini-réfrigérateurs d'un genre nouveau.

Un pouvoir refroidissant très important

Ce qui rend le procédé intéressant pour les chercheurs de la matière c'est notamment le fait qu'il offre la possibilité d'obtenir un pouvoir refroidissant très important: celui-ci permet de soumettre les gaz à de nouvelles formes d'états, non encore exploitées à ce jour. Par le biais de ce procédé de refroidissement rapide il est possible qu'ils restent sous la forme de gaz, même soumis à des températures auxquelles ils devraient en fait déjà se trouver à l'état liquide. On connaît ces effets pour l'eau que l'on peut porter à une température de -42 degrés celsius sans qu'elle ne gèle pour autant. Si le refroidissement se fait très rapidement, des températures plus basses encore sont même envisageables. Les liquides et les gaz „réfrigérants“ ont des particularités hautement intéressantes; les mettre en oeuvre peut de ce point de vue susciter l'intérêt de nombreux chercheurs.

Contact:
Prof. Dr. Martin Weitz
Institut de Physique appliquée de l'Université de Bonn
Téléphone: 0049 (0)228/73-4837 oder -4836
Courriel: Martin.Weitz@uni-bonn.ded

Copyright © Uni Bonn | Erstellt von Triantafillia Keranidou | 03.09.2009