Un nuage de molécules 41K87Rb piégé dans un piège optique s'étend, comme un brouillard à l'aube. Chaque molécule est une paire faiblement liée d'atomes de potassium et de rubidium, suspendue au bord de la dissociation. Refroidir un tel nuage jusqu'à presque le zéro absolu sans briser les molécules, c'est un défi qui a longtemps résisté. Les théoriciens ont modélisé un processus où une brève impulsion du piège agit comme une lentille, focalisant le mouvement des molécules. Résultat : l'énergie d'expansion chute à quelques dizaines de picokelvins, et la structure interne des molécules reste intacte.

La méthode, connue sous le nom de collimation par impulsion delta, est utilisée depuis longtemps pour les atomes : une brève impulsion du piège comprime le nuage, puis celui-ci s'étend avec une énergie moindre. Pour les molécules, c'est plus délicat : le coup peut exciter les vibrations des atomes au sein de la molécule et la briser. Les auteurs ont construit un modèle classique de la dynamique couplée du centre de masse et du mouvement relatif des atomes, en moyennant les vibrations rapides. Il s'avère que le couplage entre ces mouvements est trois ordres de grandeur plus faible que l'énergie du centre de masse. Pendant l'impulsion de 150 microsecondes, seulement environ 100 picokelvins sont transférés aux vibrations, soit 60 000 fois moins que l'énergie de liaison de la molécule. Les molécules survivent.

La modélisation dans différents régimes, condensat de Bose-Einstein, nuage hydrodynamique et thermique, montre que le gain en énergie d'expansion atteint plus de 550 pour le condensat et diminue à 90 pour un nuage purement thermique. Cela signifie que la méthode fonctionne même à des températures relativement élevées, bien que l'efficacité diminue. La valeur pratique est énorme : les nuages moléculaires refroidis sont nécessaires pour l'interférométrie, où la phase de la fonction d'onde de la molécule est sensible à la gravité. De tels interféromètres pourraient tester l'universalité de la chute libre avec une précision sans précédent, une question qui préoccupe les physiciens depuis Galilée.

La perspective de la méthode dépasse le cadre d'une seule molécule. La collimation par impulsion delta peut être réalisée sur des installations existantes, notamment BECCAL et le Cold Atom Laboratory sur l'ISS. La collimation simultanée de deux types d'atomes simplifiera l'interférométrie différentielle, où l'on compare les trajectoires de différentes particules. En fin de compte, c'est une voie vers la création de gaz moléculaires dégénérés, des états où la nature quantique des molécules se manifeste à l'échelle macroscopique. La lentille pour nuage moléculaire est déjà polie ; il ne reste plus qu'à la pointer vers le ciel.