C'est l'une des caresses les plus douces imaginables : le contact d'un seul atome de gaz. Désormais, les scientifiques ont mesuré son impact.
Une nanoparticule en lévitation tremblait lorsqu'elle était frappée par des atomes ou des molécules de gaz individuels dans une chambre à vide presque vide, rapportent des scientifiques dans le journal du 23 octobre. Lettres d'examen physique.
La force exercée par un gaz est généralement le résultat du rebond de nombreux atomes ou molécules en même temps : pensez à l’air à l’intérieur d’un ballon qui le maintient gonflé. Mais même un atome individuel peut exercer une force infime. Pour détecter cette force, les chercheurs ont utilisé un laser pour faire léviter une sphère de verre, mesurant seulement 100 nanomètres de diamètre et pesant environ un quadrillionième de gramme, à l'intérieur d'une chambre à vide. Ensuite, les chercheurs ont ajouté de petites quantités d’un gaz lourd, soit du krypton, du xénon ou de l’hexafluorure de soufre. Les deux premiers sont des gaz constitués d’atomes, tandis que le troisième est constitué de molécules.
La nanosphère était environ 10 millions de fois plus massive qu'une particule de gaz individuelle, ce qui rendait son impact extrêmement difficile à détecter. Mais, en surveillant la lumière laser réfléchie par la sphère, les chercheurs ont pu mesurer ses minuscules mouvements lorsqu’elle est frappée par une particule de gaz. Les impulsions qui en résultaient étaient aussi petites qu’un milliardième de Newton agissant pendant un dix billionième de seconde. Et le taux de collisions a augmenté à mesure que les chercheurs introduisaient davantage de gaz dans la chambre, augmentant ainsi la pression à l'intérieur.
Cela suggère une application possible de la technique. « Cela pourrait constituer un très bon moyen de détecter la pression », explique le physicien Yu-Han Tseng de l'Université de Yale, en particulier à très basse pression, comme dans l'espace ou dans des chambres à vide. Le système pourrait également distinguer les différents types de gaz étudiés par Tseng et ses collègues, chacun interagissant différemment avec la nanoparticule.
Un appareil comme celui-ci pourrait aider à révéler la composition des particules dans l’espace, et même sur d’autres mondes, explique Tseng. « Vous pouvez imaginer le mettre sur une autre planète et [using] cela pour étudier l’environnement là-bas.