NESTOR présente

Les romans-photos

de la recherche !

Par Jean-François Dars & Anne Papillault

photo André Kertész

LATE IN THE NIGHT / TARD DANS LA NUIT

An enlightment when cold atoms unveil in flashes and waves in the dead of night.

Quand les atomes froids se dévoilent en un éclair au cœur de la nuit, une brusque illumination.

Wolfgang Ketterle
13 Nov, 2015
Tapuscrit...

Wolfgang Ketterle – Je me souviens du jour où nous avons découvert la superradiance des condensats de Bose-Einstein. C’était tard le soir, les étudiants m’ont appelé au labo et nous avons vu les atomes jaillir dans une direction et nous savions que le seul cas où des atomes peuvent partir dans une direction, c’est quand ils émettent une lumière dans la direction opposée ! Alors, qu’est-ce qui se passait ? Il y avait un effet laser que personne n’avait prévu. L’activité était fiévreuse dans le labo : non, il doit y avoir un reflet sur une vitre, on a dû faire une erreur avec le faisceau laser, on tourne et on retourne les boutons, mais au bout d’une heure environ, on se rend compte que non, c’est vraiment ça ! Et pendant la nuit on continue à prendre des données, je vais au bureau et je discute au tableau avec un de mes étudiants : qu’est-ce qui se passe ? Et je suis vraiment fier, une ou deux heures plus tard nous comprenons que ce que nous avons observé était une nouvelle forme de superradiance, qui n’avait pas encore été prédite ! Mais la Nature nous le disait ! Donc c’était encore différent de la condensation de Bose-Einstein comme nous nous attendions à voir une condensation de Bose-Einstein, mais avec ce genre de superradiance, nous étions complètement pris au dépourvu… Ce sont donc des moments où vous pouvez être surpris par la Nature, mais qui plus est où vous comprenez quelque chose de la Nature, vous avez vu sur un phénomène nouveau!

Je peux vous raconter une autre histoire, le comité Nobel avait couronné deux de nos résultats, l’un était l’observation de la condensation de Bose-Einstein quelques mois après qu’ils l’aient observé à Boulder, Colorado, mais aussi la cohérence d’un laser à atomes, l’interférence entre deux condensats de Bose-Einstein… C’est vraiment spectaculaire, si vous avez deux condensats de Bose-Einstein, parce qu’il y a des ondes qui s’interpénètrent, qui forment des franges d’interférences… Ils forment des franges d’interférences où vous avez densité-non-densité, densité-non-densité, et si vous prenez un cliché, ça ressemble à un zèbre ! Ce sont vraiment des raies ! Et ces franges d’interférences montrent vraiment de la manière la plus directe que les condensats de Bose-Einstein sont des ondes de matière cohérente ! Et je me souviens que la première fois où nous avons vu cela, c’était encore tard dans la nuit, et comme nous savions que c’était vraiment important et spectaculaire, nous avons continué à recueillir des données pendant toute la matinée… Et à sept heures du matin nous étions encore au labo, j’étais à moitié mort mais ça allait encore, j’entends Dan Kleppner arriver. Et je lui dis : « Dan, il faut venir au labo, il faut voir ça… » Et je lui montre l’image, un condensat : rien qu’une ombre ordinaire ; deux condensats : des zébrures, des franges d’interférences… Et d’une minute à l’autre, on pouvait basculer, voilà un condensat, et voilà deux condensats… Et vous ressentez presque une ivresse, voyez-vous, l’ivresse de quelque chose… qui vous excite… Un vrai frisson, ouah ! C’est vraiment formidable d’observer dans la Nature quelque chose d’entièrement nouveau…

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Transcript...

Wolfgang Ketterle – I remember the day when we discovered superradiance of Bose-Einstein condensates. It was late in the evening, the students called me to the lab, and we saw atoms shooting out in one direction, and we knew the only way how the atoms can shoot out in one direction is if they emit light in the other direction! So what was going on? There was something like laser action which nobody had predicted. There is a feverish activity in the lab: no, that must be a reflection of the window, we must have done something wrong with the laser beam, you turn knobs, turn knobs, but within the next hour or so, you realize, no, it’s real! And during the night, people continue to take data, and I went to the office to a white board and discussed with one of my students: what can happen? And I’m really proud, within one or two hours, we had figured out that what we had observed was a new form of superradiance, which had not been predicted before! But Nature told us that! So this was even different then from Bose-Einstein condensation. We expected Bose-Einstein condensation to happen, but for this kind of superradiance we were completely unprepared… So these are moments where you have an opportunity to be surprised by Nature, but then even more so you understand something about Nature, you have insight about a new phenomenon!

I can tell you another story, this was, the Nobel Committee highlighted two of our achievements, one was the observation of Bose-Einstein condensation which was a few months after they observed it in Boulder, Colorado, but then we observed the atom laser coherence, interference between two Bose-Einstein condensates… It’s really dramatic, if you have two Bose-Einstein condensates, because they are waves and they penetrate each other, they form an interference pattern… So they form a pattern where you have density-no-density, density-no-density, and if you take a shadow picture, it looks like a zebra! It’s really stripes! And this interference pattern is kind of…, it really shows in the most direct way that Bose-Einstein condensates are coherent matter waves! And I remember the first time we observed that was, again, late in the night, and since we knew it was special, we knew it was spectacular, we took data through the whole morning… And then it was seven o’clock in the morning, we were still in the lab, I was half-tired but still functioning, I heard that Dan Kleppner is coming. And I said, Dan, you have to come to the lab… You have to see that… And I showed him the picture, one Bose-Einstein condensate: just a normal shadow, two Bose-Einstein condensates: zebra patterns, interference patterns… And from one minute to the next, we could just on the experiment toggle off, that’s how one condensate looks and that’s how two looks… And you almost feel drunk, you know, drunk by something which… excites you… It’s just a thrill, you see, wow! It’s just a fantastic moment to observe something in Nature which is completely new…

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A quantum physicist, Wolfgang Ketterle is a professor at the MIT. (Cambridge, MA) He was awarded the Nobel Prize for his contribution to the realization of the first Bose-Einstein condensation. He tries to improve our understanding of quantum materials by performing experiments with ultracold atoms.  He describes two examples where results where unexpected and dramatic.

Physicien quantique, Wolfgang Ketterle est professeur au MIT (Cambridge, MA). Lauréat du prix Nobel pour sa contribution à la réalisation de la première condensation de Bose-Einstein. Il tente d’améliorer notre compréhension de la matière quantique grâce à des expériences sur les atomes ultra-froids. Il présente deux exemples où les résultats ont été aussi inattendus que spectaculaires.