Pour la première fois, des physiciens ont réussi à capturer une image claire montrant des atomes individuels se comportant comme une onde. Cette découverte offre une démonstration éclatante du principe de dualité onde-particule, une des bases de la mécanique quantique.
Les chercheurs ont utilisé une nouvelle technique d'imagerie, encore en attente de révision par les pairs, publiée sur le serveur préliminaire arXiv. Ils ont refroidi des atomes de lithium à une température proche du zéro absolu en les bombardant de photons issus d'un laser. Cette étape a pour but de ralentir leur mouvement. Ensuite, grâce à des lasers supplémentaires, les atomes ont été confinés dans un réseau optique.
En alternant l'activation et la désactivation de ce réseau, les atomes ont oscillé entre un état quasi-particulaire confiné et un état ressemblant à une onde. Cette manipulation a permis aux scientifiques d'observer la transformation des atomes et de comprendre comment ils se comportent en ondes au fil du temps.
Selon Louis de Broglie et Erwin Schrödinger, les pionniers de ce concept en 1924 et 1926 respectivement, tous les objets de taille quantique, donc toute matière à très petite échelle, existent simultanément sous forme de particules et d'ondes. Cette propriété contre-intuitive de la mécanique quantique a été observée dans de nombreuses expériences jusqu'alors de manière indirecte.
L'image montre des atomes de Lithium refroidis près du zéro absolu apparaissant comme des points rouges sur l'image.
En combinant plusieurs de ces images, les auteurs ont pu observer les atomes se comporter comme des ondes.
Crédit: Verstraten et al. Le microscope utilisé dans cette étude capture la lumière émise par les atomes, permettant de visualiser les changements de leur état. Cette technique d'imagerie pourrait accélérer notre compréhension de systèmes atomiques complexes et éclairer certains états exotiques de la matière, comme ceux trouvés dans les noyaux d'étoiles à neutrons ou le plasma quark-gluon, soupçonné d'avoir existé juste après le Big Bang.