Record de froid : 9,7 picokelvins atteints à bord de la station spatiale chinoise
Par Rédaction Savoir.fr · Publié le · Sciences
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Illustration : Shujianyang — CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Des physiciens chinois annoncent avoir refroidi un nuage d’atomes de rubidium à 9,7 picokelvins, soit moins de dix millièmes de milliardième de degré au-dessus du zéro absolu, à bord de la station spatiale chinoise Tiangong. Ce résultat, publié cette semaine dans la revue Science, bat d’un facteur quatre environ le précédent record. Il illustre l’intérêt de l’apesanteur pour la physique des atomes ultrafroids.
Un record annoncé depuis le module Mengtian
Le résultat a été présenté jeudi 5 novembre 2026 lors d’une conférence de presse du département des sciences et applications spatiales de l’Académie chinoise des sciences, rapporte le Global Times. L’article scientifique, intitulé « Quantum gases below 10 picokelvin in space » (W. Xiong et al.), paraît dans Science. L’équipe réunit le Centre de technologie et d’ingénierie pour l’utilisation de l’espace de l’Académie chinoise des sciences, l’université de Pékin et l’Institut d’optique et de mécanique fine de Shanghai, qui a dirigé le développement de l’instrument.
L’expérience s’est déroulée dans l’armoire de physique des atomes ultrafroids du module Mengtian, lancé en 2022. Selon le Global Times, ce dispositif automatisé a été ramené à 0,7 mètre cube et environ 500 kilogrammes, alors que l’équipement équivalent au sol occupait une vingtaine de mètres cubes pour près de 10 tonnes. Le projet avait été engagé dès 2011.
D’après Science News, les chercheurs ont piégé et ralenti quelque 20 000 atomes de rubidium à l’aide de faisceaux laser, jusqu’à obtenir un condensat de Bose-Einstein. La température de 9,7 picokelvins correspond à une « température équivalente » du nuage, autrement dit à la lenteur avec laquelle les atomes s’écartent les uns des autres lorsqu’on les laisse se dilater : le nuage s’étend de quelques micromètres par seconde seulement. Ni l’instrument ni son environnement n’atteignent, bien entendu, une telle température.
Ce que signifie « quelques picokelvins »
En physique, la température mesure l’agitation des particules qui composent la matière. L’échelle de référence est le kelvin, dont le zéro, le zéro absolu (−273,15 °C), correspond à l’agitation minimale permise par les lois de la physique. Un picokelvin vaut un millième de milliardième de kelvin. Le Global Times souligne que la valeur obtenue se situe environ quatorze ordres de grandeur sous la température ambiante ; le zéro absolu lui-même demeure inaccessible, conformément aux lois de la thermodynamique.
À de telles températures, les atomes cessent de se comporter comme des billes individuelles. Dans un condensat de Bose-Einstein, une grande partie des atomes occupe le même état quantique : le nuage se comporte comme une seule onde de matière, observable à l’échelle macroscopique. Plus le gaz est froid, plus ces effets quantiques sont nets et durables, ce qui en fait un outil d’étude privilégié.
Pourquoi l’espace permet d’aller plus loin
Pour refroidir un gaz d’atomes, les physiciens les retiennent dans un piège, magnétique ou optique, qu’ils affaiblissent progressivement : on laisse s’échapper les atomes les plus énergétiques (refroidissement par évaporation), puis on laisse le nuage se dilater pour réduire encore son agitation. Sur Terre, cette méthode bute sur la gravité. Comme l’explique le physicien Chen Xuzong, de l’université de Pékin, auteur correspondant de l’étude, cité par le Global Times, un piège trop affaibli ne peut plus retenir les atomes face à la pesanteur ; Science News note aussi que la gravité fait « s’affaisser » les nuages atomiques, ce qui réduit l’efficacité du refroidissement.
En microgravité, le piège peut être relâché bien davantage sans perdre les atomes, et ceux-ci peuvent être observés plus longtemps. Selon le Global Times, le nuage a pu être suivi pendant sept secondes, contre environ 0,05 seconde dans les expériences au sol et de l’ordre d’une seconde à bord de la Station spatiale internationale. Autre originalité revendiquée : l’emploi d’un piégeage entièrement optique, par lasers, là où les expériences antérieures recouraient à des pièges magnétiques formés par des puces atomiques ; cette approche, techniquement exigeante, est présentée comme moins sensible aux perturbations magnétiques.
Une compétition internationale de longue date
Le record précédent avait été établi par d’autres voies. En 2021, une équipe de l’université de Brême (Allemagne) avait atteint 38 picokelvins en laissant chuter des atomes dans une tour de chute, dont la durée de chute libre limite toutefois les expériences (Deppner et al., Physical Review Letters). En 2022, le Cold Atom Laboratory de la NASA, installé à bord de la Station spatiale internationale, avait rapporté des températures descendant jusqu’à 52 picokelvins (Gaaloul et al., Nature Communications).
Au-delà du record, les chercheurs mettent en avant les usages. Une durée d’observation plus longue pourrait améliorer d’un ordre de grandeur la précision des interféromètres atomiques, instruments qui mesurent des accélérations et la gravité avec une grande finesse. Les applications évoquées vont de la simulation quantique et de l’étude d’états exotiques de la matière à des tests du principe d’équivalence, pilier de la relativité générale, en passant par des capteurs utiles à la navigation, à la cartographie du champ de gravité terrestre ou au suivi des glaciers et des courants océaniques. Les responsables du programme spatial habité chinois ont indiqué vouloir ouvrir la plateforme et ses données aux scientifiques du monde entier.
Pour comprendre
- Kelvin : définition de l’unité de température absolue
- Atome : définition
- Les ordinateurs quantiques et la sécurité informatique
Sources
- Science News — Record-low temperature created on China’s space station (novembre 2026)
- Global Times — China creates the coldest man-made matter ever aboard the China Space Station (6 novembre 2026)
- Science — China space experiment creates coldest temperature ever
- W. Xiong et al., « Quantum gases below 10 picokelvin in space », Science, 2026
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