Relaxation de gaz quantiques préparés hors équilibre via des points fixes non thermiques – RELAQS

Le projet RELAQS unit les efforts de deux groupes en France et au Brésil pour explorer la relaxation de systèmes quantiques à N corps préparés loin de l'équilibre. Alors que la physique statistique quantique décrit bien les systèmes physiques à l'équilibre thermodynamique, leur comportement pendant la relaxation est plus difficile à prédire à partir du modèle microscopique. Loin de l'équilibre, des lois de puissance universelles dans la distribution de l'impulsion émergent indépendamment des conditions initiales, bien avant qu'un état d'équilibre ou un état quasi-stationnaire ne soit atteint. Ce phénomène a été étudié dans une grande variété de systèmes tels que l'expansion de l'univers primitif, les collisions d'ions lourds produisant de la matière quark-gluon et les gaz d'atomes froids, théoriquement et expérimentalement. Une loi d'échelle spatio-temporelle universelle émerge, indépendamment de l'état initial ou des paramètres microscopiques. Cela suggère l'existence d'une loi physique sous-jacente. Il a été proposé que cette loi d'échelle universelle pour des systèmes isolés loin de l'équilibre soit due à une relaxation via des points fixes non-thermiques (NTFP pour l'anglais Non Thermal Fixed Point).
Dans ce projet, nous étudierons les conditions d'apparition d'un NTFP lors de la relaxation de gaz de Bose préparés loin de l'équilibre, avec trois montages expérimentaux complémentaires utilisant des atomes de rubidium : un gaz quantique tridimensionnel (3D) confiné dans un piège harmonique ; un gaz quantique 3D de densité uniforme dans un potentiel en forme de boîte ; et un gaz de Bose bidimensionnel (2D) dans un piège anharmonique en forme de bulle, où la courbure peut jouer un rôle. Nous étudierons comment ces gaz préparés dans un état turbulent fortement hors d'équilibre impliquant des tourbillons et des solitons relaxent jusqu'à l'équilibre. Les expériences seront combinées à la théorie afin d'identifier de nouvelles façons de démontrer l'universalité de la relaxation des systèmes. Dans le gaz 2D sur une bulle, nous explorerons si les NTFP s'appliquent également à la relaxation d'un nuage fortement excité par la rotation vers un réseau de vortex. Le projet améliorera notre compréhension des systèmes quantiques à N corps hors d'équilibre et nous permettra de comparer différents systèmes physiques dans la même classe d'universalité.