La NASA réalise une expérience quantique inédite à bord de l’ISS

Dans une première mondiale, une équipe internationale de chercheurs a réussi à produire un gaz quantique composé de deux types d’atomes à bord de la Station Spatiale Internationale (ISS). Cette réalisation, qui ouvre la voie à l’application des technologies quantiques dans l’espace, est le fruit d’expériences menées à distance depuis la Terre.

Une nouvelle étape dans la recherche quantique

À bord du laboratoire d’atomes froids de la NASA, les chercheurs ont produit des condensats de Bose-Einstein, un état quantique de la matière obtenu en refroidissant un gaz atomique à des températures proches du zéro absolu.

Selon Nicholas Bigelow, professeur de physique et d’optique à l’Université de Rochester, ces outils quantiques pourraient être utilisés pour améliorer l’étude de la matière quantique, faciliter la navigation entre les planètes, aider à résoudre les mystères de l’univers et approfondir notre compréhension des lois fondamentales de la nature.

Le professeur Bigelow, qui est également directeur du Consortium pour les Atomes Ultrafroids dans l’Espace financé par la NASA, souligne que l’absence de gravité permet d’obtenir une précision de mesure accrue et de détecter des effets délicats qui pourraient être masqués par la gravité.

Vers une meilleure compréhension de l’énergie sombre

Grâce à cette nouvelle capacité, le laboratoire d’atomes froids peut désormais étudier non seulement les propriétés quantiques des atomes individuels, mais aussi la chimie quantique, qui se concentre sur l’interaction et la combinaison de différents types d’atomes dans un état quantique. Les chercheurs pourront ainsi mener une plus grande variété d’expériences et approfondir leur connaissance des nuances de leur réalisation en microgravité.

Un des mystères que les scientifiques espèrent éclaircir concerne le principe d’équivalence, selon lequel la gravité affecte tous les objets de la même manière, quelle que soit leur masse. Ce principe, qui fait partie de la théorie générale de la relativité d’Albert Einstein, ne correspond pas parfaitement aux lois de la physique quantique, qui décrivent le comportement des petits objets comme les atomes.

Les scientifiques ont déjà expérimenté des interféromètres atomiques sur Terre pour vérifier si le principe d’équivalence est valable à l’échelle atomique, mais ils pourront le tester plus précisément dans l’espace grâce au laboratoire d’atomes froids.

En synthèse

Cette réalisation marque une étape importante dans l’application des technologies quantiques dans l’espace. Les chercheurs prévoient d’utiliser un interféromètre à deux atomes et des gaz quantiques pour mesurer la gravité avec une grande précision afin d’en apprendre davantage sur la nature de l’énergie sombre, le moteur mystérieux de l’expansion accélérée de l’univers.

Les connaissances acquises pourraient conduire au développement de capteurs de précision pour une large gamme d’applications, dont la navigation dans l’espace profond et l’amélioration des horloges spatiales, essentielles pour de nombreux aspects de la vie moderne tels que l’internet à haut débit et le GPS.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un condensat de Bose-Einstein ?

Un condensat de Bose-Einstein est un état quantique de la matière obtenu en refroidissant un gaz atomique à des températures proches du zéro absolu.

Quel est le rôle de la gravité dans les expériences quantiques ?

La gravité peut limiter la précision des mesures en physique fondamentale. Son absence permet d’obtenir une précision de mesure accrue et de détecter des effets délicats qui pourraient être masqués par la gravité.

Qu’est-ce que le principe d’équivalence ?

Le principe d’équivalence, qui fait partie de la théorie générale de la relativité d’Albert Einstein, stipule que la gravité affecte tous les objets de la même manière, quelle que soit leur masse.

Qu’est-ce que l’énergie sombre ?

L’énergie sombre est le moteur mystérieux de l’expansion accélérée de l’univers. Sa nature exacte reste encore inconnue.

Quels sont les avantages potentiels des technologies quantiques dans l’espace ?

Les technologies quantiques dans l’espace pourraient conduire au développement de capteurs de précision pour une large gamme d’applications, y compris la navigation dans l’espace profond et l’amélioration des horloges spatiales.

Principaux enseignements

Références

Légende illustration principale : Le laboratoire d’atomes froids de la Station spatiale internationale produit des nuages d’atomes « ultrafroids », la température la plus froide que la matière puisse atteindre. Grâce à des expériences menées dans le laboratoire et contrôlées à distance sur Terre, une équipe de chercheurs internationaux a produit des condensats de Bose-Einstein, un état quantique de la matière constitué d’un gaz atomique refroidi à des températures proches du zéro absolu. (Photo JPL/NASA)

Article original publié dans la revue Nature. « Quantum gas mixtures and dual-species atom interferometry in space » – DOI: 10.1038/s41586-023-06645-w