En physique quantique, deux particules sont dites indiscernables lorsqu’il n’existe pas de moyen pour les distinguer l’une de l’autre. C’est le cas pour des bosons. Cette notion d’indiscernabilité a une conséquence fondamentale à l’origine des condensats : elle favorise le comportement grégaire des particules. Cela signifie que la probabilité d’accumuler des bosons dans un même niveau est plus élevée que ce que prédit la physique classique pour laquelle deux particules sont toujours discernables. Il suffit de regarder le schéma suivant pour s’en convaincre : quand on ne peut pas suivre les particules par leur numéro et qu’elles sont indiscernables, il y a plus de chances qu’elles soient toutes dans un même niveau, donc qu’elles « condensent ».
Un condensat est donc caractérisé par un grand nombre de particules dans un même état quantique à très basse température [Transition vers un condensat de Bose-Einstein]. Il en résulte que toutes les particules peuplent la même fonction d’onde quantique. Ainsi, les phases des ondes associées à chaque particule sont identiques faisant du condensat gazeux un objet cohérent en phase.
Par analogie avec l’optique, la cohérence en phase des condensats gazeux a été démontrée notamment par l’existence d’interférences [voir l’image ci-contre]. Ces propriétés de cohérence en phase sont à l’origine de différents axes de recherche : interférométrie atomique, métrologie avec des atomes et laser à atomes.
Images d’interférences (franges sombres et brillante) dans des condensats de Bose-Einstein gazeux. Comme dans le cas de la lumière, la présence des franges démontrent la cohérence du condensat : il s’agit bien d’une onde unique !
