[PM14] Photo mystère

[Chip]

Une nouvelle photo-mystère... Pas facile je crois! L'image date de 2003.

[Note : ceci est une Photo-Mystère]
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[martini_bird]

Salut,

c'est une figure de diffraction?

[Chip]

Ouch... oui bien vu, c'est une figure de diffraction. Mais assez particulière...

[invite19415392]

Au vu du côté très granuleux de la photo, et puisqu'elle est "particulière", j'imagine que c'est une expérience de diffraction particule par particule.
Vu que c'est 2003, je suppose que c'est un peu exotique comme particules ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Chip]

Il ne s'agit pas de physique des particules à proprement parler... mais effectivement ce n'est pas une figure de diffraction lumineuse.

[invite19415392]

Des molécules ? Des agrégats ?

[Chip]

Pas loin! ce sont des atomes. Il reste à deviner comment une telle figure de diffraction atomique est obtenue...

[martini_bird]

Au pif: la trajectoire d'un atome dans un réseau cristallin?

Désolé si c'est une grosse bêtise...

[Chip]

Naon, c'est pas ça. Ce qu'on voit au bas de l'image joue un rôle

[erik]

Je pense avoir trouvé, je laisse les autres chercher.

[Chip]

Bingo!

[Chip]

Personne d'autre n'est motivé pour chercher?

[deep_turtle]

Tiens j'avais raté le lancement de [PM14] !

En bas c'est le sol ? Ma question en fait c'est la suivante : la gravité joue-t-elle un rôle ?

[Chip]

En bas c'est le sol ? Ma question en fait c'est la suivante : la gravité joue-t-elle un rôle ?

Oui, la gravité joue un rôle, et le bas de l'image est également le bas dans la réalité...

[deep_turtle]

Nesvizhevsky et al. ??

[Chip]

Non, c'est des atomes

[Chip]

Un petit indice : ce qui est montré n'est pas "stationnaire", ça évolue dans le temps.

[Chip]

Bon, je crois que l'inspiration s'est un peu tarie sur cette image, donc je donne la solution. Il s'agit de la diffraction d'atomes de rubidium sur un miroir à atomes vibrant.

Le miroir à atomes est réalisé par un faisceau laser qui se réfléchit à l'intérieur d'un prisme en verre, dont on voit la surface supérieure au bas de l'image. La réflexion de ce faisceau laser s'accompagne de la présence d'une "onde évanescente" à la surface du prisme, c'est à dire d'un champ lumineux qui "dépasse" légèrement du prisme dans le vide, sur une distance de l'ordre 100 nanomètres (la lumière n'arrive pas à se réfléchir de façon abrupte à l'intérieur du prisme, elle pénètre un peu dans le vide). C'est ce champ lumineux qui va repousser et réfléchir les atomes.

Les atomes sont au départ refroidis par différentes techniques pour aboutir à un "condensat de Bose-Einstein" (ensemble atomique cohérent, à une température de quelques centaines de nanokelvin), placé 2 mm au-dessus du prisme. Puis les atomes sont relâchés et tombent sur le prisme, où ils rencontrent l'onde évanescente qui les repousse et les réfléchit. Sans ce miroir à atomes, les atomes viendraient simplement se coller définitivement à la surce du prisme.

La figure de diffraction est obtenue en faisant vibrer le miroir à atomes dans la direction verticale, ce qui module la phase de l'onde atomique et donne naissance à des "bandes latérales". Ces bandes latérales se séparent de l'onde "porteuse" car le vide est dispersif pour les ondes de matière. Ce sont ces bandes latérales qu'on voit au-dessus et au-dessous de la partie centrale de la figure.

La vibration du miroir se fait avec une amplitude de 4 nanomètres et à une fréquence de 500 kHz (la vibration est obtenue en modulant la fréquence lumineuse du laser utilisé, c'est un peu compliqué à expliquer). L'aspect "en croissant de lune" des nuages atomiques diffractés est dû à la diffusion élastique des atomes lors de leur rebond, due à des irrégularités de l'onde évanescente (provenant de la rugosité de la surface du prisme). Comme cette diffusion est élastique, il n'y a pas de modification de la norme de la vitesse incidente des atomes lors de la réflexion, par contre sa direction se retrouve diffusée. Les atomes sont alors distribués sur une sphère dont le diamètre croît au cours du temps. C'est cette sphère que l'on voit plus ou moins en coupe sur cette image, d'où l'aspect en arc de cercle.

Quand on analyse les positions respectives de l'onde porteuse et des bandes latérales (= ordres de diffraction +1 et -1) on constate que l'échange d'énergie entre le miroir vibrant et les atomes vaut ou selon la bande latérale considérée, où est la fréquence à laquelle vibre le miroir.

Des infos supplémentaires ici : http://www-lpl.univ-paris13.fr/Fr/Eq...ETA.htm#miroir

[deep_turtle]

Très chouette ! Et bravo, c'est la première PM qui résiste à l'ensemble des forumeurs !

EDIT : ah non, quelqu'un avait trouvé et avait eu la délicatesse de laisser chercher les autres...

[Chip]

Oui, erik avait fait fort. J'ai oublié de préciser la dimension de l'image : elle fait presque 6 millimètres de large.