Une équipe de physiciens annonce avoir créé un un nouvel état exotique de la matière, connu sous le nom de polarons de Rydberg. Cet état se forme à des températures ultras froides, lorsqu’un électron orbite son noyau à une distance si grande que d’autres atomes finissent par se lier à l’intérieur de l’orbite.
La matière se compose d’atomes, dont le noyau est encerclé par un ou plusieurs électrons. Généralement, entre le noyau d’un atome et les électrons qui l’entourent, vous ne trouverez que du vide. Mais la nature a horreur du vide. Ainsi, lorsque des électrons prennent trop leurs distances, il arrive parfois que d’autres atomes viennent se loger à l’intérieur de l’orbite du dernier électron. Vous voilà alors avec un nouvel état de la matière, pour le moins exotique. L’idée, théorisée par des chercheurs de l’Université de Vienne en Autriche, et de l’Université de Havard aux États-Unis, vient d’être confirmée par une équipe américaine de l’Université de Rice.
Les chercheurs expliquent avoir dans un premier temps créé un condensat de Bose-Einstein à partir d’atomes de strontium, à des températures proches du zéro absolu. Puis à l’aide d’un laser, ils ont transformé un atome du condensat en atome de Rydberg. « La distance moyenne entre l’électron et le noyau d’un atome de Rydberg peut aller jusqu’à plusieurs centaines de nanomètres, soit plus de mille fois le rayon d’un atome d’hydrogène », explique Joachim Burgdörfer, physicien à l’Université de Vienne. Ici, le rayon de l’orbite emprunté par cet électron est alors beaucoup plus grand que la distance moyenne entre deux atomes du condensat. Ainsi, jusqu’à 170 atomes de strontium ont pu se loger dans l’atome de Rydberg. Un atome farci aux atomes, littéralement.
Vous pouvez voir une illustration de cet « atome géant » rempli d’atomes ci-dessous – le bleu représente l’électron et l’intérieur de son orbite, le noyau est ici en rouge, et à l’intérieur de la zone bleue se trouve un groupe d’autres atomes représentés en vert.
La grande question était alors de savoir comment, dans cette étreinte inhabituelle, ces atomes pouvaient s’influencer mutuellement, voire pas du tout.
« Les atomes ne portent aucune charge électrique, par conséquent ils n’exercent qu’une force minimale sur l’électron », explique le physicien Shuhei Yoshida. Les faibles interactions entre cet électron et ces atomes ne diminuent alors que très faiblement l’énergie totale du système. Une telle baisse d’énergie pourrait théoriquement établir une liaison faible entre l’atome de Rydberg et les autres atomes de strontium assis tranquillement dans l’orbite de son électron – ce qu’on appelle les polarons de Rydberg. Ce nouvel état exotique de la matière ne peut en revanche perdurer qu’à des températures extrêmement faibles.
Vous retrouverez tous les détails de cette étude dans les Physical Review Letters.
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