Cette collection accueille toutes « Les grandes voix de la recherche) » qui, dans un texte concis et accessible à tous, font part de leurs recherches. Jean Dalibard, médaille d’or du CNRS, est physicien et professeur au Collège de France. Son introduction commence par « une science formidable » ! Ces mots ont été prononcés par son professeur de physique en 1972 qui leur a montré que cette science s’applique à notre vie quotidienne. Elle permet d’étudier ce qui se passe à très basses températures. Jean Dalibard a mené des expériences sur des systèmes 300 millions de fois plus froids que l’air qu’on respire. Un domaine qui présente deux paradoxes : « utilisation de la lumière et émergence de nouveaux phénomènes collectifs entièrement régis par la physique quantique ». L’auteur retrace l’histoire de la physique quantique depuis sa naissance en 1924 quand Louis de Broglie présenta sa thèse : « Recherches sur la théorie des quanta ». Quand Einstein reçut celle-ci: « De Broglie a soulevé un coin du grand voile » ! Il est expliqué comment on peut observer ces propriétés ondulatoires de la matière. Une étape importante a été franchie avec « l’extension de la physique quantique à de grandes assemblées de particules ». Pour comprendre comment la lumière peut refroidir la matière, il faut remonter à Johannes Kepler. La première piste a été le refroidissement par dopler. Des températures extrêmement basses ayant été constatées, ils ont cherché à l’expliquer. Ils ont dégagé l’« effet sysiphe » quand les conditions d’expériences sont bien choisies. Un refroidissement simple à mettre en place et robuste. Comment piéger un atome ? Le piège magnéto-optique est un outil très utilisé pour piéger de nombreuses espèces atomiques. Jean Dalibard a eu cctte idée de mélanger faisceau lumineux et champ magnétique grâce à un enseignant de physique expérimentale. De nombreuses expériences ont eu lieu quand on a des atomes refroidis et piégés dont celle des fentes de Young puis celle de n’ouvrir qu’une seule fente. Avec son équipe, il a travaillé sur les interférences d’ondes de matière. Des applications concrètes ont été réalisées : des capteurs performants pour, par exemple, la prévention des tremblements de terre. Puis il retrace l’histoire de la découverte des condensats de Bose-Einstein. Jean Dalibard explique comment ils ont procédé pour tester la prédiction d’Einstein. « Ces belles images de tourbillons qui sont apparues quand nous avons fait tourner nos condensats restent un de mes meilleurs souvenirs de la recherche ». Il s’est intéressé à un autre sujet, le « Flatland », une excursion au « plat pays » pour étudier des systèmes qui sont au-delà l’environnement usuel. Qu’est-ce que la simulation quantique? Cela représente un vrai défi : «calculer l’évolution d’un grand nombre de particules quantiques en interaction les unes avec les autres « . Les gaz d’atomes froids sont utilisés pour créer un simulateur quantique . Ils offrent plusieurs leviers qu’ils ont exploités ces dernières années. Comment fonctionne un ordinateur quantique ? Il fonctionerait de manière digitale et son ingrédient serait le qubit. Une notion essentielle à connaître, « l’intrication : les atomes sont intriqués, c’est-à-dire que l’on a établi des corrélations quantiques entre eux ». Cela est difficile à imaginer! Il a collaboré aux travaux d’Alain Aspect, prix Nobel e 2022, qui a montré qu’il y avait bien intrication entre les deux photons de chaque paire (atome de calcium émettant une paire de photons). L’ordinateur quantique reste un défi pour les informaticiens et les physiciens. En conclusion Jean Dalibard remonte à son enfance pour dire, que tout jeune, il était très attiré partoutes sortes de mécanismes. Marqué par le premier pas de l’homme sur la Lune, il s’est dirigé vers l’Ecole normale où Claude Conen-Tannoudji lui a proposé de travailler sur les propositions de refroidissement d’atomes. La physique des atomes froids est vraiment une « science formidable »! Jean Balibard réussit l’exploit de dérouler, sur plusieurs années, d’une façon très claire, comment de recherches en recherches, la physique des atomes froids, dont les gaz quantiques et le piège magnéto-optique, alliant recherche théorique et expérimentation, a amené à l’émergence des technologies quantiques.

Jean Dalibard, CNRS éditions (Les grandes voix de la recherche ; de vive voix)