Le condensat de Bose Einstein est apparu en 1995 comme un exemple d’un cinquième état incroyablement froid de la matière, un superfluide. Notre univers est composé de gaz, de liquide, de solide et de plasma, mais la physique prédit une autre forme de matière qui n’existe pas naturellement. Les particules du condensat de Bose Einstein ont la température la plus froide possible, 0 degré Kelvin ou zéro absolu. Par conséquent, les particules dans cet état présentent des caractéristiques uniques, voire bizarres.
En 1924, les physiciens Satyendra Nath Bose et Albert Einstein ont théorisé que cet autre état de la matière devait être possible. Einstein a exposé les idées de Bose sur le comportement de la lumière lorsqu’elle agit comme des ondes et des particules. Il a appliqué les statistiques étranges qui décrivent comment la lumière peut fusionner en une seule entité (maintenant connue sous le nom de laser) et s’est demandé comment elle pourrait avoir un impact sur les particules avec une masse. Mais il leur restait de nombreuses années à disposer d’instruments suffisamment sophistiqués pour tester la théorie des particules se condensant dans un nouvel état.
Lorsque Carl Wieman et Eric Cornell ont refroidi le rubidium-87 à des milliardièmes de degré de zéro absolu, le condensat de Bose Einstein (BEC) est né. Ils ont dû faire preuve de prudence et de créativité pour refroidir ces particules spéciales, appelées bosons, en utilisant une combinaison de lasers et d’aimants. Pour leurs efforts, ils ont reçu le prix Nobel en 2001. On ne peut pas encore refroidir les particules de telle sorte que leur mouvement dû à la chaleur s’arrête complètement (vrai zéro absolu), mais les amener à moins d’un millionième de degré Kelvin suffit à montrer les propriétés du condensat de Bose Einstein.
Ce qui distingue les bosons des autres particules, c’est leur spin entier, par opposition aux particules régulières. Les électrons séparés dans les bosons composites ont tendance à occuper exactement le même niveau d’énergie en même temps, ce qui signifie que les atomes ont fusionné en la même entité exacte. Nous pouvons regarder cette seule unité et voir un point flou, au lieu de plusieurs atomes séparés. D’autres bosons, comme l’hélium-4, peuvent également être forcés dans un BEC.
Lorsque les bosons fusionnent leurs identités en une seule identité, ils nous montrent visuellement la dualité onde-particule d’une nouvelle manière. Le BEC, avec sa similitude avec les lasers, pourrait révolutionner certaines technologies. Leur superfluidité caractéristique signifie qu’ils s’écoulent sans perdre d’énergie à cause de la friction, ce qui en fait une source d’énergie efficace. À l’avenir, ils pourraient être utilisés pour graver au niveau nano ou accélérer la matière proche de la vitesse de la lumière.