Matière et lumière sont intimement liées dans notre modélisation du monde physique. De l'élaboration de la théorie quantique à l'invention du laser, l'interaction entre atomes et rayonnement a joué un rôle central dans le développement de la science et de la technologie d'aujourd'hui.

Au cours des dernières décennies, une application paradoxale de l'interaction matière-rayonnement a émergé. Alors que la lumière est traditionnellement associée à la notion de chaleur, on a compris que l'irradiation d'un gaz par des faisceaux laser judicieusement choisis pouvait au contraire donner lieu à un refroidissement remarquablement efficace. Ce refroidissement permet d'atteindre les plus basses températures jamais mesurées. Il conduit à une « matière quantique » aux propriétés radicalement différentes des fluides ordinaires. Les atomes froids sont ainsi à la base d'une nouvelle métrologie du temps et de l'espace, qui trouve des applications dans des domaines aussi divers que la navigation, les télécommunications ou encore la géophysique.

L’enseignement et la recherche associés à la chaire visent à approfondir notre compréhension des propriétés de cette matière ultra-froide. 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 en présence d’un champ de jauge, en lien direct avec l’effet Hall quantique connu pour les corps solides.

De façon générale, nous cherchons à montrer comment on peut, avec ces gaz ultra-froids, modéliser des situations que l'on rencontre dans d'autres domaines allant de la physique nucléaire à l'astrophysique, en passant par la science des matériaux ; en d'autres termes, nous explorons comment des atomes judicieusement couplés au rayonnement électromagnétique peuvent constituer des « simulateurs » avec lesquels on espère comprendre le comportement d'autres systèmes quantiques, plus difficilement contrôlables.