La goutte qui fait déborder l'hélium
© Alain Herzog
Des gouttelettes d’hélium de quelques nanomètres associées à un atome très excité ont été observées pour la première fois récemment. Prédites par la théorie il y a quinze ans, ces nano gouttelettes deviennent un nouveau champ d’études et d’expérimentations pour la recherche fondamentale. Marcel Drabbels et ses collègues y participent en associant les gouttes à du sodium qu’ils excitent avec un laser pour former un système stable.
Révélées par la théorie, les nano gouttelettes associées à un atome excité se dévoilent aux chercheurs qui ont réussi à les produire pour la première fois il y a peu sous une forme stable. Injecté dans du vide, l’hélium sous pression se pulvérise en des milliers de gouttelettes. Leur taille dépend essentiellement de la température du gaz injecté, proche du zéro absolu. A ces températures, l’hélium est superfluide, ce qui veut dire qu’il s’écoule sans aucun frottement. Mais quelles sont les caractéristiques des nano gouttelettes ? Marcel Drabbels et Evgeniy Loginov du Laboratoire de chimie physique moléculaire donnent les premiers éléments de réponse dans une publication récente.
Des gouttes qui éclatent
Les gouttes de cette taille ne sont composées que de quelques milliers d’atomes. En raison des effets quantiques, les propriétés de ces gouttelettes sont difficiles à calculer. Les scientifiques les font exploser en leur associant des molécules complexes et en les excitant avec un laser. De la sorte, ils peuvent étudier la dynamique de ces agglomérations d’hélium et la façon dont elles interagissent avec d’autres éléments.
En liant un atome de sodium à l’hélium, les chercheurs ont également mis en évidence deux cas de figure : un où les électrons de l’atome de sodium entrent dans la gouttelette, une configuration instable, et l’autre, à plus haute énergie, où la goutte se retrouve entourée par les électrons dans une configuration stable appelée état de Rydberg. Dans ce dernier cas, l’ion de sodium est dans l’hélium qui est alors entouré d’un nuage d’électrons à "grande distance", quelques micromètres.
Les prochaines recherches vont porter sur l’ajout d’autres éléments que le sodium, pour affiner la compréhension des mécanismes qui régulent ces phénomènes. « Nous ne savons pas exactement où nous allons et c’est ce qui est intéressant », ajoute Marcel Drabbels. En plus de faire progresser les connaissances fondamentales, ces découvertes offrent de nouvelles idées à l’imagination de ceux qui rêvent d’ordinateurs quantiques. Mais la théorie devra encore suivre les avancées de l’expérimentation avant de prendre les devants.
Liens :
http://lcpm.epfl.ch/
http://infoscience.epfl.ch/record/162383/files/PRL106.pdf