Dans la suite des articles que je juge intéressants je vous propose la traduction de « Millikelvin cooling of large molecules is no myth « c’est à dire » Le refroidissement jusqu’à quelques millikelvinde grosses molécules n’est pas un mythe » ….Et je le range dans toutes les recherches actuellement développées pour fortifier la théorie des condensats , laquelle concerne actuellement les bosons pour BOSE/EINSTEINet non les fermions lambda …….
Dans la mythologie grecque, Sisyphe fut condamné par les dieux à pousser un lourd rocher constamment au sommet d'une colline, plutôt que de le voir retombervers le bas. Récemment , les physiciens allemands ont utilisé un système similaire pour refroidir une collection de molécules de fluorométhane à une température de quelques millièmes de degrés Kelvin. Le refroidissement de molécules avec plus de deux atomes s'est avéré jusqu’ici très difficile et cette évolution pourrait conduire à des percées dans la chimie, la physique des particules et de l'informatique quantique même
Au cours des dernières décennies, les physiciens ont mis au point une série d'outils pour le refroidissement des atomes de gaz de plus en plus près du zéro absolu - avec atteinte des températures inférieures à un millionième de degré kelvin. Cela a conduit à toutes sortes de découvertes, telles que la création d'un état inhabituel de la matière connue sous le nom d'un condensat de Bose-Einstein dans laquelle toutes les particules constitutives existent dans un seul état quantique.
Le refroidissement demolécules pour les mêmes températures pourrait également conduire à des percées majeures. Les applications potentielles incluent le développement des ordinateurs quantiques, dans lequel l'interaction nécessaire solide et stable entre les bits quantiques pourrait être obtenue par l'intermédiaire des forces électriques à longue portée entre des molécules polaires très faible énergie. Des molécules ultra-froides pourraient également être utilisées dans des procédés délicats qui sont impossibles à réaliser plus chauds, avec des particulesplus énergétiques, ou aussi parl'utilisation de champs électromagnétiques pour contrôler les réactions chimiques au niveau moléculaire ou encore en observant la petite différence d'énergie de la chiralité gauche et droite de molécules comme on pourrait leprédireà suivre à partir de l’ asymétrie inhérente à la force électrofaible.
Rotations ou vibrations indésirables
C’est cette plus grande complexité qui rend les molécules beaucoup plus difficiles à refroidir que les atomes en utilisant les techniques établies. Une technique telle que celle du laser de refroidissement, implique un ralentissement - et donc l'abaissement de la température d’atomes dans un gaz est obtenu en faisant absorber les photons de deuxrayonnements laser dirigés dans des directions opposées. Environ 10.000 de telles interactions sont nécessaires pour refroidir chaque particule dans le gaz mais n’importe laquelle de ces interactions pourrait provoquer une rotation ou vibration non désirée d'une molécule.
En dépit de ces difficultés, en 2010 des chercheurs américains ont réussi à refroidir un gaz moléculaire diatomique (deux atomes) en utilisant des lasers. Et cette année, un autre groupe américain a réalisé un résultat similaire en utilisant le refroidissement par évaporation, ce qui abaisse la température d'un gaz en laissant les particules les plus énergétiques s'échapper. Mais cet dernier travail réalisé par Gerhard Rempe et ses collègues de l'Institut Max Planck d'optique quantique de Munich publiée dans Nature étend ce refroidissement à des molécules composées de cinq atomes
L'équipe utilise un gaz de mono Fluorométhane, ses molécules consistant en trois atomes d'hydrogène,unde carbone et un de fluor. Plutôt que de compter sur lesimpulsions chétives de photons individuels pour ralentir les particules dans un gaz,le groupe Rempe utilise à la place de l'énergie beaucoup plus disponible fourni par un champ électrique externe. Le "piège électrique" des chercheursse compose de deux plaques de condensateur parallèles, chacune de 4 cm par cm 2 et séparées par un intervalle de 3 mm. Les surfaces intérieures des plaques sont disposées pour créer un champ électrique uniforme dans le centre de la fente, mais qui devient plus fort au plus près des plaques
. L'ascension du puits
Au départ, les molécules pré-refroidies sont détenues dans le centre du piège grâce au puits de potentiel mis en place grâce à leur interaction avec le champ électrique. Après avoir été excitées à un niveau vibrationnel par un laser infrarouge tiré à travers le piège, les molécules tombentspontanément à unniveau intermédiaire de l'énergie de rotation choisi de telle sorte qu'il crée un potentiel plus profond ainsi que l’ état de plus basse énergie des molécules initiales ,. Les molécules, peuvent alorsau sens figuré "grimper " les parois de ce puits ,et perdre ainsi de l'énergie cinétique puis ellessont par la suite reprises par un faisceau de micro-ondes qui les oblige à retombervers le bord du puitsmais bien en-dessous. Comme elles retombent sur les parois de ce puits, les molécules reprennent moins d'énergie cinétique que ce qu’ elles perdaient dans l'état intermédiaire. Cela signifie que globalement elles perdent de l'énergie. Et l 'idée est qu'en répétant ce processus plusieurs fois les molécules peuvent être refroidies à des températures extrêmement basses.
Photo de leur publication
Note du traducteur :
Toute molécule poly atomique , polaire , répartit une fraction de son énergie interne sous forme de mouvements quantifiés de vibrations- rotations , librations et rotations pures dans l’infrarouge proche ou lointain .. Le procédé exposé décrit l’extractionprogressive (« le pompage »)par processus d’ activation – désactivation de ce type d’énergie , donc son refroidissement final ……
En fait, les chercheurs ont réussi à réduire la température d'environ un million de molécules de monofluorométhane par plus d'un facteur 10, jusqu’à environ 30 mK,avec environ une douzaine de cycles. Dans un commentaire accompagnant la publication , John Barry et David DeMille de l'Université de Yale disent que ce petit nombre de cycles est essentiel, car cela a permis aux molécules d'être refroidi, même si environ 10% de l'échantillon a été perdu lors de chaque cycle, car il se produit aussi des « grossesses non désirées » par re-excitations de rotation ou de vibration.
D'autres chercheurs contactés par physicsworld.com se sont montrés également positifs. Rudi Grimm de l'Université d'Innsbruck en Autriche affirme que les physiciens ont « un manque cruel » des moyens efficaces de refroidissement de molécules et que la «preuve du principe de démonstration" réalisé par le groupe allemand "semble très bonne». Wolfgang Ketterle de l'Institut de Technologie du Massachusetts, quant à lui, se dit «impressionné» par les derniers travaux, arguant que ceci et "d’autres progrès récents" sur le refroidissement moléculaire »ouvrent la porte à une chimie ultrafroide».
Briser la barrière des 1 mKelvin
Zeppenfeld pense que la prochaine étape de son groupe est d'essayer de descendre en dessous de 1 mK, et à ce point, que selon lui, les molécules pourraient alors être utilisées pour des applications telles que l'informatique quantique. Atteindre cet objectif, dit-il, pourrait impliquer soit de rendre la détection des molécules refroidies encoreplus efficace soitd’utiliser des moléculesqui se désactivent dans moins de temps que les quelque 0,1 s typiques du fluorométhane, afin de limiter les collisions indésirables avec le gaz dans le fond dans le piège.
Le système de refroidissement est décrit dans la revue Nature.( Gerhard Rempe and colleagues at the Max Planck Institute)
Ayant moi-même travaillé avec mes thésards (GEORGES LIEUX /G BESNARDetc ) sur laperte de l’énergie de rotation vibration etc par adsorption sur solidesj’ai trouvé ce travail très intéressant et d intérêt futur .
Voici le commentaire favorable de M. Asghar - Nov 15, 2012 8:20 PM
The "optoelectrical cavity" system coupled with different types of excitations and deexcitations of relatively complex molecules, seems to be much more involved and less universal than the" magneto-optical traps" used to cool the atoms. Let us hope that its rationalistion would increase its field of applications
Et voici la reference anglaise Millikelvin cooling of large molecules is no myth