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Atomes, ions, molécules ultrafroids et technologies quantiques
Livre numérique Atomes, ions, molécules ultrafroids et technologies quantiques

par Kaiser, Robin ; Leduc, Michèle ; Perrin, Hélène

EDP Sciences

Résultat de Cairn Sciences

  • Consultable à la Bpi

Livre numérique

Atomes, ions, molécules ultrafroids et technologies quantiques

Auteur(s) : Kaiser, Robin ; Leduc, Michèle ; Perrin, Hélène
  • Éditeur(s)
  • Date
    • 2020
  • Notes
    • Ce livre a reçu une Mention Spéciale du Jury du Prix Roberval 2022, dans la catégorie 'Enseignement supérieur’.Les physiciens savent produire des gaz à quelques milliardièmes de degrés au-dessus du zéro absolu. Les méthodes de refroidissement s’appliquent non seulement aux atomes mais aussi aux ions et aux molécules. Ce domaine de recherche a été couronné deux fois par le prix Nobel.Il s’est extraordinairement enrichi depuis que l’on sait faire varier à volonté les interactions entre les particules et piéger celles-ci avec des pinces optiques ou dans des réseaux optiques à la géométrie ajustable. On édifie ainsi des cristaux artificiels formés d’atomes ou de molécules qui peuvent simuler la structure de la matière et élucider certaines de ses propriétés magnétiques, avec la perspective d’expliquer un jour la supraconductivité à haute température.Le phénomène d’intrication quantique est à la base de nouveaux dispositifs pour le stockage et la transmission de l’information quantique.Des progrès spectaculaires sont constamment enregistrés en métrologie. Ainsi des horloges à atomes ou à ions ultrafroids mesurent le temps à mieux qu’une seconde sur la durée de l’Univers. Des gravimètres et gyromètres industriels d’un type nouveau améliorent la sensibilité de la sismologie et la navigation dans l’espace.En outre, l’extrême précision des mesures permet de tester les lois fondamentales de la physique, par exemple l’gyromètres industriels  ou les éventuelles variations des constantes fondamentales. Le domaine des particules ultrafroides rejoint aujourd’hui ceux de la matière condensée, de la chimie et même de la cosmologie.Préface par Alain Aspect, Prix Nobel de Physique 2022Robin Kaiser est directeur de recherche CNRS à l’Institut de physique de Nice à l’université de la Côte d’Azur.Michèle Leduc est directrice de recherche CNRS émérite au Laboratoire Kastler-Brossel à l’École normale supérieure à Paris.Hélène Perrin est directrice de recherche au Laboratoire de physique des lasers à l’université Sorbonne Paris Nord.
  • Langues
    • Français
  • ISBN
    • 9782759823772
  • Droits
    • copyrighted
  • Résultat de :
  • Quatrième de couverture

    • Atomes, ions, molécules ultrafroids et technologies quantiques

      Les physiciens savent produire des gaz à quelques milliardièmes de degrés au-dessus du zéro absolu. Les méthodes de refroidissement s'appliquent non seulement aux atomes mais aussi aux ions et aux molécules. Ce domaine de recherche a été couronné deux fois par le prix Nobel.

      Il s'est extraordinairement enrichi depuis que l'on sait faire varier à volonté les interactions entre les particules et piéger celles-ci avec des pinces optiques ou dans des réseaux optiques à la géométrie ajustable. On édifie ainsi des cristaux artificiels formés d'atomes ou de molécules qui peuvent simuler la structure de la matière et élucider certaines de ses propriétés magnétiques, avec la perspective d'expliquer un jour la supraconductivité à haute température.

      Le phénomène d'intrication quantique est à la base de nouveaux dispositifs pour le stockage et la transmission de l'information quantique.

      Des progrès spectaculaires sont constamment enregistrés en métrologie. Ainsi des horloges à atomes ou à ions ultrafroids mesurent le temps à mieux qu'une seconde sur la durée de l'Univers. Des gravimètres et gyromètres industriels d'un type nouveau améliorent la sensibilité de la sismologie et la navigation dans l'espace.

      En outre, l'extrême précision des mesures permet de tester les lois fondamentales de la physique, par exemple l'électrodynamique quantique, l'invariance de Lorentz ou les éventuelles variations des constantes fondamentales. Le domaine des particules ultrafroides rejoint aujourd'hui ceux de la matière condensée, de la chimie et même de la cosmologie.


  • Tables des matières

      • Atomes, ions, molécules ultrafroids et les technologies quantiques

      • Robin Kaiser, Michèle Leduc et Hélène Perrin

      • edp Sciences

      • Avant-proposiii
      • Coordinateurs, contributeurs, mécènes et remerciementsv
      • Préfacexv
      • 1 Refroidir et piéger les atomes1
      • 1.1 Quand un atome rencontre un photon2
      • 1.1.1 L'atome ralentit3
      • 1.1.2 ... la température du gaz s'abaisse5
      • 1.2 Des pièges de toutes sortes pour les atomes7
      • 1.2.1 Avec un laser et des champs magnétiques : le piège à tout faire8
      • 1.2.2 Des pinces optiques pour attraper et immobiliser les atomes10
      • 1.2.3 Avec des champs magnétiques : pièges de grand volume ou puces à atomes13
      • 1.3 Encore plus froid : le gaz change d'état16
      • 1.3.1 En marche vers le zéro absolu, dernière étape : on évapore16
      • 1.3.2 Le Graal enfin, la condensation de Bose-Einstein : les atomes tous comme un seul !17
      • 1.3.3 Des boîtes à atomes faites de lumière21
      • 1.3.4 Les atomes peuvent s'attirer ou se repousser22
      • 1.4 Et toute la jungle des particules à l'échelle microscopique23
      • 1.4.1 De quoi la matière est-elle faire ? Bosons et fermions23
      • 1.4.2 Les fermions aussi peuvent devenir ultrafroids24
      • 1.5 Conclusion26
      • 2 Instruments à atomes froids et métrologie27
      • 2.1 Qu'est-ce que la métrologie ?28
      • 2.1.1 Notion d'incertitude statistique et systématique28
      • 2.1.2 Les atomes comme étalons28
      • 2.1.3 Métrologie avec des systèmes quantiques29
      • 2.2 Horloges atomiques30
      • 2.2.1 Principe d'une horloge atomique30
      • 2.2.2 Pourquoi utiliser des atomes froids ?32
      • 2.2.3 Les horloges à atomes froids de césium32
      • 2.2.4 Le piégeage des atomes pour améliorer la précision34
      • 2.2.5 Les horloges optiques et la future définition de la seconde34
      • 2.2.6 Les liens entre les horloges et les échelles de temps36
      • 2.3 Interféromètres atomiques36
      • 2.3.1 Principe d'un interféromètre atomique, similarités et différences avec une horloge au césium36
      • 2.3.2 Capteurs inertiels avec des interféromètres atomiques39
      • 2.3.3 Maturité des instruments et transferts industriels42
      • 2.3.4 Nouvelles architectures43
      • 2.4 Sonder les lois fondamentales de la physique avec des atomes froids44
      • 2.4.1 Gravimétrie et chrono-géodésie45
      • 2.4.2 Relativité générale et ondes gravitationnelles47
      • 2.4.3 Modèle standard et matière noire49
      • 3 Atomes et photons uniques : échange d'information quantique51
      • 3.1 Voir un atome unique51
      • 3.2 L'apport des cavités55
      • 3.3 Couplage fort entre un photon et un atome : le doublet de Rabi57
      • 3.4 L'atome comme qubit58
      • 3.5 Des cavités miniaturisées60
      • 3.6 Détecter l'état d'un qubit62
      • 3.7 Stocker de l'information quantique dans des atomes froids : Mémoires quantiques64
      • 3.8. Améliorer les horloges grâce à l'intrication : états comprimés de spin68
      • 4 La simulation quantique avec des atomes froids75
      • 4.1 Qu'est-ce que la simulation quantique ?76
      • 4.1.1 De la matière classique aux constituants quantiques76
      • 4.1.2 Des difficultés insurmontables pour comprendre les systèmes quantiques complexes ?78
      • 4.2 Atomes ultrafroids et simulation quantique81
      • 4.2.1 Les gaz ultrafroids : des systèmes dilués où surgissent des comportements collectifs complexes81
      • 4.2.2 Pourquoi les atomes froids sont-ils de bons simulateurs quantiques ?84
      • 4.3 Voir un système quantique atome par atome88
      • 4.3.1 Visualiser des atomes dans un réseau optique88
      • 4.3.2 Assembler des cristaux artificiels atome par atome89
      • 4.4 Que peut-on simuler avec des atomes froids ?90
      • 4.4.1 Simuler le magnétisme quantique90
      • 4.4.2 Poursuivre les recherches sur l'origine de la supraconductivité93
      • 4.4.3 Améliorer la compréhension de la physique des matériaux fortement corrélés93
      • 4.4.4 Beaucoup d'autres perspectives95
      • 5 Ondes et désordre97
      • 5.1 Ondes et désordre : une physique très riche !98
      • 5.1.1 La diffusion : une approche intuitive98
      • 5.1.2 ... qui cache une physique bien plus complexe !99
      • 5.1.3 Une physique source d'innovation99
      • 5.2 Atomes froids : le désordre, oui, mais contrôlé !100
      • 5.2.1 Comment immerger les atomes dans le désordre ?100
      • 5.2.2 Marche aléatoire d'atomes froids dans le désordre : la diffusion102
      • 5.3 La localisation d'Anderson : stoppé net par le désordre104
      • 5.3.1 60 ans de localisation d'Anderson et toujours des questions104
      • 5.3.2 Comprendre intuitivement la localisation d'Anderson107
      • 5.3.3 La localisation d'Anderson des atomes froids : les premières observations109
      • 5.3.4 Vers l'étude de la transition d'Anderson à 3D111
      • 5.4 La rétro-diffusion cohérente : visualiser les interférences114
      • 5.4.1 La localisation dans l'espace des vitesses114
      • 5.4.2 La rétro-diffusion cohérente des atomes froids115
      • 5.4.3 La localisation d'Anderson dans l'espace des vitesses118
      • 5.5 Atomes froids et désordre : d'autres configurations118
      • 5.5.1 Universalité des phénomènes de localisation118
      • 5.5.2 Diffusion de lalumière par les atomes119
      • 5.5.3 « Frapper » les atomes pour les localiser122
      • 5.6 Interactions et désordre : quand les atomes se parlent125
      • 5.6.1 Phases quantiques des gaz désordonnés à base température125
      • 5.6.2 La localisation à N-corps : quand le désordre rend impossible le retour à l'équilibre127
      • 5.7 Conclusion129
      • 6 Ions piégés et refroidis131
      • 6.1 Comment confiner une particule chargée ?133
      • 6.1.1 Le piège de Penning134
      • 6.1.2 Le piège radiofréquence, ou piège de Paul135
      • 6.1.3 Zoologie des pièges137
      • 6.2 Comment refroidir les ions piégés ?139
      • 6.3 Mettons plusieurs ions dans le piège !142
      • 6.4 Que faire avec des ions piégés ?143
      • 6.4.1 Des mesures de précision : masses, propriétés atomiques144
      • 6.4.2 Régime de confinement fort et horloges à ions145
      • 6.4.3 Information et simulation quantiques147
      • 6.4.4 Collisions et réactions chimiques froides148
      • 6.4.5 Confiner l'antimatière148
      • 6.5 Conclusion149
      • 7 Refroidir les molécules151
      • 7.1 Comment caractériser une molécule ?154
      • 7.1.1 Les niveaux d'énergie électroniques, vibrationnels, rotationnels154
      • 7.1.2 Peut-on refroidir des molécules par laser ?156
      • 7.2 Associer des atomes froids159
      • 7.2.1 Avec un photon : la photo-association159
      • 7.2.2 Avec un champ magnétique : la magnéto-association160
      • 7.2.3 Comment contrôler l'association ?161
      • 7.3 Refroidir directement des molécules163
      • 7.3.1 Formation et refroidissement préliminaire164
      • 7.3.2 Décélération des jets moléculaires166
      • 7.3.3 Refroidissement sub-Kelvin168
      • 7.4 Les molécules froides : pour quelles applications ?170
      • 7.4.1 Simulation quantique172
      • 7.4.2 Information quantique174
      • 7.4.3 Chimie moléculaire froide et contrôlée175
      • 7.4.4 Mesures de précision177
      • 7.5 Conclusion179
      • 8 Conclusion et tout ce dont ce livre aurait pu aussi parler181
      • Index193

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