Le laboratoire Kastler Brossel
Unité mixte de recherche de l’Ecole normale supérieure, de Sorbonne Université, du Collège de France et du Centre national de la recherche scientifique (CNRS), le laboratoire Kastler Brossel (LKB) est l’un des acteurs majeurs dans le domaine de la physique quantique. Il couvre de nombreux sujets allant des tests fondamentaux de la physique quantique jusqu’à leurs applications. Son expertise est reconnue internationalement comme en témoignent ses trois prix Nobel obtenus au long de ses 65 ans d’histoire.
Les activités du laboratoire sont traditionnellement liées à la physique atomique et à l’optique, avec un accent particulier sur les questions fondamentales de l’interaction lumière-matière, des états quantiques de la lumière et de la spectroscopie de précision. L’un des développements importants au cours des dernières décennies concerne le refroidissement et le piégeage des atomes qui ont ouvert un riche domaine d’études sur les gaz et les liquides quantiques, à la frontière entre physique atomique et physique de la matière condensée.
Un autre point fort du laboratoire est l’étude de l’interaction entre photons et atomes avec des contributions fondamentales dans le domaine de l’électrodynamique quantique en cavité, de l’optique et de l’information quantiques, de l’optomécanique. Si ces concepts continuent de jouer un rôle central au LKB, le laboratoire a également diversifié ses thèmes de recherche vers la nanophotonique, l’effet Casimir, l’imagerie en milieux biologiques et complexes, les ions piégés, la métrologie et les tests des interactions fondamentales. Il participe à plusieurs programmes de grande envergure et des collaborations au niveau international tels que GBAR, Virgo, plusieurs missions spatiales et équipements d’excellence (Equipex).
Deux équipes du LKB sont implantées au Collège de France
Équipe « Condensats de Bose-Einstein »
L’équipe de recherche « Condensats de Bose-Einstein » associée à la chaire Atomes et rayonnement occupée par le Pr Jean Dalibard est composée d’une vingtaine de chercheurs, postdocs et étudiants, et est animée par cinq membres permanents : Jean Dalibard, Jérôme Beugnon (Sorbonne Université), Fabrice Gerbier (CNRS), Raphaël Lopes (CNRS), et Sylvain Nascimbene (ENS). Les principaux travaux de l’équipe portent sur la manipulation d'atomes par des champs électromagnétiques. Grâce à des faisceaux laser aux caractéristiques bien choisies, on peut refroidir un gaz d'atomes à une température extrêmement basse, de l'ordre du millionième de degré au-dessus du zéro absolu. On atteint ainsi de nouveaux états de la matière comme les condensats de Bose-Einstein, dont le comportement, entièrement régi par la mécanique quantique, diffère fortement de celui des fluides ordinaires.
Les études actuellement en cours dans l'équipe visent à approfondir notre compréhension des propriétés de la matière à très basse température. Les résultats récents portent sur la physique en dimension réduite – les fluides planaires notamment –, le comportement des gaz d’atomes spineurs, c’est-à-dire disposant d’un degré de liberté interne, ou encore l’étude de ces gaz ultra-froids en présence d’un champ de jauge, en liaison directe avec l’effet Hall quantique connu pour les corps solides.
