Sous les 10 picokelvins : à bord de Tiangong, un nuage d’atomes suivi sept secondes
Dans la station chinoise, un piège de lumière a refroidi du rubidium à 9,7 picokelvins. Un record mesuré sans thermomètre, en regardant le nuage s'étaler.
Sept secondes. C’est le temps pendant lequel une équipe chinoise a pu suivre, à bord de la station Tiangong, un nuage d’environ 20 000 atomes de rubidium lâché dans le vide. Le nuage s’étale si lentement que son mouvement équivaut à une température de 9,7 picokelvins, moins de dix millièmes de milliardième de degré au-dessus du zéro absolu.
L’étude de Wei Xiong et de ses collègues est parue en ligne le 5 novembre 2026 dans Science. Le froid record fera plaisir aux physiciens. Pour les autres, l’histoire vaut surtout par sa méthode : on ne plonge pas un thermomètre dans vingt mille atomes. On les regarde s’enfuir, et on chronomètre.
Une cuvette taillée dans la lumière
Pas de récipient. Les atomes sont tenus par des faisceaux laser croisés, qui dessinent une cuvette invisible au fond de laquelle ils se rassemblent. Pour les refroidir, l’équipe baisse peu à peu la puissance des lasers. Les atomes les plus agités franchissent le bord et s’en vont avec leur énergie. C’est le refroidissement par évaporation, cousin de la tasse de café qui tiédit pendant que la vapeur s’échappe.
La nouveauté tient au piège à deux étages. Des faisceaux étroits concentrent et refroidissent d’abord le nuage, puis des faisceaux plus larges prennent le relais. L’équipe décomprime ensuite ce second piège, comme on desserre lentement le poing, avant de lâcher les atomes.
À ce stade, les atomes forment un condensat de Bose-Einstein. Refroidis à ce point, ils partagent un même état quantique et se comportent comme un seul objet, une onde de matière que l’on peut photographier.
Un thermomètre qui ressemble à une règle
Une fois le piège éteint, le nuage gonfle. Plus ses atomes bougent, plus il grossit vite. Les chercheurs le photographient à intervalles réguliers et mesurent sa largeur selon trois axes. La pente de cette croissance donne l’énergie d’expansion, que les physiciens expriment en « température équivalente ». Elle décrit le mouvement d’ensemble du nuage, et non la chaleur d’un objet posé sur la table.
Deux séries de mesures se répondent, et il vaut mieux ne pas les confondre. La courbe qui donne les 9,7 pK suit le nuage jusqu’à environ 1,6 seconde. Une autre série d’images, prises depuis deux directions, montre le nuage encore visible à 7 secondes. Les sept secondes sont donc la durée d’observation la plus longue, pas le temps qui a servi à calculer la température.
Pourquoi aller en orbite pour avoir froid
Sur Terre, la gravité gâche la fête. Dès que le piège s’ouvre, les atomes tombent. Pour les retenir, il faut un piège plus serré, et un nuage serré s’étale plus vite une fois libéré. En microgravité, un confinement très faible suffit, et le nuage reste plus longtemps sous l’œil des caméras, souligne le centre spatial de l’Académie chinoise des sciences, qui a présenté le résultat le 6 novembre. L’orbite devient un atelier à part entière (on en avait parlé : le robot qui assemble une antenne).
Le repère cité par l’équipe venait d’une tour de chute à Brême, en Allemagne, où une capsule d’expérience tombe en chute libre.
| Expérience | Température équivalente | Expansion suivie |
|---|---|---|
| Tour de chute de Brême (2021) | 38 pK | 2 s |
| Tiangong (2026) | 9,7 pK | jusqu’à 7 s |
La valeur centrale est environ quatre fois plus basse. Avec la marge d’incertitude donnée par les auteurs, elle se situe entre 7,0 et 12,9 pK : un record pour ce type de mesure sur un gaz ultrafroid.
Pour les curieux · les chiffres et les dates
- 1 pK = 10⁻¹² K, un millième de milliardième de kelvin.
- Résultat : 9,7 pK, avec une incertitude de −2,7 / +3,2 pK. Rapport avec Brême : 38 ÷ 9,7 ≈ 3,9.
- Sur la figure, « TOF » (temps de vol) désigne le temps écoulé depuis la libération du nuage.
- L’étude est parue en ligne le 5 novembre, le communiqué chinois date du 6. Les données des figures avaient été déposées dès le 7 juillet 2025. La date de l’expérience elle-même n’est pas précisée.
Ce froid n’arrivera ni dans votre frigo ni dans votre téléphone. Son intérêt est ailleurs. Un nuage qui s’étale lentement reste exploitable plus longtemps, et le temps est la matière première des interféromètres atomiques, des instruments qui mesurent la gravité ou testent les lois de la physique en faisant interférer des ondes de matière. Aucun capteur ni appareil de navigation n’est annoncé. C’est une brique de laboratoire, posée à bord d’une station spatiale, en attendant les expériences qui s’en serviront.
En bref
- À bord de Tiangong, un nuage d’environ 20 000 atomes de rubidium a atteint une température équivalente de 9,7 pK (étude parue le 5 novembre 2026).
- Cette température se déduit de la vitesse à laquelle le nuage s’étale après l’ouverture du piège laser.
- Le nuage reste observable jusqu’à 7 secondes, contre 2 secondes et 38 pK dans la tour de chute de Brême en 2021.
- Aucun appareil n’en découle pour l’instant : le résultat prépare des mesures de physique de précision.
Sources : Wei Xiong et al., « Quantum gases below 10 picokelvin in space », Science, 5 novembre 2026 (résumé et métadonnées de l’éditeur) · communiqué du Centre d’ingénierie et de technologie pour l’utilisation de l’espace, Académie chinoise des sciences, 6 novembre 2026 · présentation du résultat par l’Université de Pékin · Deppner et al., Physical Review Letters, 2021 (expérience de Brême) · données des figures, Zenodo, 7 juillet 2025 · diffusion de l’illustration de Xiaoji Zhou.
Cet article…
Le Bien Heureux · Rédaction Capibara · Samedi 7 novembre 2026