Refroidissement par évaporation

[invitee7696fba]

Bonjour à tous,

Elève de math sup, je cherche à comprendre le refroidissement par évaporation, dernière étape permettant de suffisament refroidir des atomes pour obtenir un condensat de Bose-Einstein.

Voila ce que j'ai cru comprendre jusqu'à présent :

Les atomes, déja refroidi à seulement quelques Kelvin, sont confinés au milieu d'un tube dans lequel est appliqué un champ magnétique dont la norme augmente avec l'éloignement par rapport au centre du tube.

Par des chocs entres les particules, certaines s'écarte un peu du centre, emmenant avec elle de l'énergie cinétique, et subissent un champ magnétique plus fort.

Puis le but serait de pouvoir se débarasser de ces atomes plein d'énergie cinétique pour eviter qu'il retourne "dans la masse" et redonne cette energie sous forme de choc avec une autre atome.

Et voilà mon probleme : je ne comprend pas bien le principe d'élimination de ces atomes.

Je sais qu'on les bombarbe de photon. Mais alors pourquoi les photons ne serait absorbés que par les atomes subissant un fort champ magnétique ? J'ai entendu parler d'effet Zeeman, qui crée une levée de dégénéréscence sous l'action d'un champ magnétique, est-ce la bonne explication ?

D'autre part, quel est l'action d'un champ magnétique sur un atome, avant et apres l'excitation par absorbtion du photon ?
J'ai lu que l'absorbtion du photon par un atome "fait basculer le moment magnétique de certains atomes d’un état de spin piégeant (mF>0) vers un état non piégeant (mF<0)"
Quelle est cette force d'attraction ou de repulsion liée au spin ? (peut on d'ailleurs parler du spin d'un atome?)

Désole pour ce long message,
Et d'avance merci de votre aide.
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[invitef06283e8]

Ce n'est pas facile de répondre, il y a plein de questions.
Le champ magnétique déplace les niveaux d'énergie d'une quantité , où est une constante (l'effet Zeman). Si le champ magnétique dépend de l'espace, alors la valeur du niveau d'énergie dépend aussi de l'espace. Dans ce cas cette énergie peut être vue comme un potentiel qui varie dans l'espace, et qui donc aura une action mécanique sur le mouvement de l'atome ().
Donc par exemple si mF est >0 et si le champ croît du centre vers les bords, alors l'énergie de ce niveau (donc le potentiel) croit du centre vers le bord. L'atome aura tendance à être piégé mécaniquement au centre. Si mF est négatif c'est l'inverse, le potentiel est alors plus fort au centre donc l'atome aura tendance à être expulsé.

Pour l'autre question (l'absorption uniquement là où il y a un fort champ magnétique), il y a un phénomène de résonance qui entre en jeu, c'est-à-dire que l'absorption se produit lorsque l'énergie du photon est proche de la différence d'énergie entre deux niveaux. Si les niveaux d'énergie varient avec l'espace la résonance se produira en un endroit précis de l'espace. Dans le cas du condensat, on ajuste la fréquence de l'onde électromagnétique (qui est un paramètre réglable) de telle sorte que l'absorption ait lieu à l'extérieur du piège plutôt qu'à l'intérieur.

Sinon sur ce que tu as dit avant : les atomes ne sont pas préalablement refroidis à quelques kelvin, mais à quelques microkelvins ! Cela se fait par des méthodes de refroidissement laser (piège magnéto-optique, mélasses, etc.) sur lesquelles il y aurait aussi des tas de choses à dire...

Pour le spin d'un atome : c'est un peu un abus de langage, en fait c'est sont les moments cinétiques que l'on considère (une partie est liée au spin et une autre au moment orbital).

Voilà j'espère que j'ai été assez clair.