Les condensats de Bose-Einstein

Le laser, outil privilégié du chirurgien et du soudeur, est souvent associé à l'idée de chaleur. Depuis une vingtaine d'années, on sait pourtant l'utiliser pour refroidir les atomes d'un gaz à une température extrêmement basse, de l'ordre du microkelvin. A cette température, la vitesse d'agitation thermique des atomes devient très faible, de l'ordre du centimètre par seconde, à comparer aux centaines de mètres par seconde des molécules de l'air qui nous entoure. Selon la relation découverte par Louis de Broglie, la longueur d'onde associée aux particules augmente lors du refroidissement, et peut même atteindre la distance moyenne entre atomes voisins. Les atomes perdent alors leur individualité, s'accumulent dans un même niveau quantique, et le gaz bascule vers un état aux propriétés spectaculaires, état prédit en 1925 par Einstein à partir des travaux de Bose, mais qui n'a pu être observé qu'à partir de 1995. L'exposé présentera les principes physiques à la base de la manipulation et du refroidissement des atomes. Il décrira également quelques expériences mettant en évidence les propriétés de cohérences très spéciales de ces condensats de Bose-Einstein, pour conclure sur les perspectives ouvertes par ces systèmes, aussi bien dans le domaine des mesures de haute précision qu'en physique statistique

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Les regards neufs de l'astrophysicien : grands équipements et moyens nouveaux de l'astronomie Cantonné au seul domaine de la lumière visible pendant des siècles, le regard que l'astronome a posé sur l'Univers s'est aiguisé essentiellement en augmentant la taille des télescopes pour voir toujours plus loin. Puis arrive au vingtième siècle le spectrographe qui permet d'analyser cette lumière en la décomposant pour en déduire la teneur et les propriétés physiques des astres qui l'émettent. Jusqu'au milieu de ce siècle, c'est cette combinaison d'outils relativement simples qui permet d'avancer dans notre connaissance de l'Univers, à grands pas cependant, tant la lumière est porteuse d'une information riche. Aujourd'hui la palette des moyens d'investigation de l'astrophysicien s'est considérablement enrichie et permet de percevoir la musique des sphères sur une gamme devenue immense. Cette gamme, c'est en fait celle du rayonnement électromagnétique qui comprend, outre le modeste octave de la lumière visible, des dizaines d'octaves de rayonnements d'autre nature : ceux des domaines de la radio, des micro-ondes, de l'infrarouge, de l'ultraviolet, des rayonnements X et gamma. Avec l'entrée dans l'ère spatiale et l'évasion hors de l'atmosphère - le plus souvent un écran opaque à ces émissions -, d'immenses fenêtres se sont ainsi ouvertes au chercheur pour appréhender l'Univers autrement : des voiles sombres de poussières deviennent transparents, l'émission ténue de gigantesques bulles de gaz dilué est captée, des densités inouïes d'énergie ou de matière se divulguent, des températures glaciales ou infernales sont mesurées, des masses colossales de matière invisible sont traquées. Toujours habité par le désir de voir mieux et plus loin, l'astrophysicien demande aux ingénieurs de le doter d'yeux toujours plus grands, plus sensibles, plus perçants. Ces nouvelles machines, parfois coûteuses mais aux performances remarquables, remplissent effectivement leurs promesses comme le témoigne le rythme des découvertes dont les journaux nous informent presque quotidiennement. C'est ce panorama des moyens les plus récents dont s'est dotée l'astronomie moderne qui sera balayé, en évoquant les nouveaux télescopes géants et leur instrumentation, ainsi que les récepteurs et les télescopes propres à tous ces autres domaines du spectre électromagnétique qui ont commencé à être explorés, depuis la radio jusqu'aux rayons gamma. On essaiera de montrer l'apport unique de ces domaines nouveaux dans la compréhension des astres. On montrera aussi que l'Astronomie, gourmande de performances extrêmes pour ses instruments, est également un moteur du progrès technique en exigeant toujours plus : les caméras infrarouges, l'optique adaptative sont des exemples où s'est fait cet échange avec la recherche plus appliquée, pour le profit de tous.

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 Quelques simulations en thermodynamique

En complément a l'expérimentation "réelle", les progrès accomplis par l'informatique permettent aujourd'hui de mettre en oeuvre le concept d'expérimentation "virtuelle". Il consiste en l'étude d'un certain système par l'intermédiaire de son modèle mathématique traduit en un programme exécute dans un ordinateur ; les resultats alors produits sont ensuite mis en forme visuelle pour etre presentes de facon synthetique et intelligible a l'experimentateur qui peut alors retroagir sur les differents parametres. Pour en illustrer le potentiel, un système simple fait de particules sphériques en interaction entre-elles et avec le milieu peut être utilise ; suivant les conditions initiales choisies, le modele correspondant permet de montrer certains phenomenes et grandeurs de la thermodynamique (notion de temperature, detente,...).

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Phases et changement de phase

Le film est centré sur l'expérience du Palais de la Découverte concernant les équilibres de phases de l'azote. On détaille les transferts d'énergie entre phases, notamment au point triple où les trois phases, solide, liquide, et gaz coexistent. Une simulation numérique permet de relier les points de vue microscopique et macroscopique sur les phénomènes. Une séquence historique sur l'activité du laboratoire de Leyde au tournant du XXéme siècle illustre l'utilisation des équilibres liquide/vapeur pour l'obtention des basses températures, la liquéfaction de l'hélium et la découverte de la supraconductivité.

Générique
Auteur : Jacques Treiner Réalisation : Jacques Treiner Production : Université Pierre et Marie Curie (Paris VI) / Palais de la découverte / S.F.R.S.

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