Zéro Kelvin, c’est le zéro absolu de la température. Comme la chaleur est de l’énergie, le froid, lui, est synonyme d’énergie moindre. Mais il n’existe pas d’énergie négative. Exprimé sur l’échelle Celsius qui nous est familière, zéro Kelvin (0 K) correspond à – 273,15 degrés Celsius: rien ne peut être plus froid. Certains scientifiques du PSI réalisent des expériences à basses températures, proches de ce chiffre; d’autres bricolent pour abaisser la température le plus efficacement possible.
Echantillon de protéines
On devine des cristaux de glace à l’extrémité du bras robotisé, sur le porte-échantillon tubulaire, qui s’est déplacé horizontalement depuis le bord droit de l’image jusqu’à l’avant du cercle lumineux: le robot prélève automatiquement des échantillons de protéines dans un bain d’azote liquide refroidissant et les amène au poste d’expérimentation qui se trouve, comme une aiguille, en face du porte-échantillon. Les cristaux de protéines sont ensuite irradiés avec de la lumière de type rayons X à la Source de Lumière Suisse SLS. A partir du diagramme de diffraction, il est alors possible de calculer la structure tridimensionnelle de la protéine. Les scientifiques obtiennent ainsi des informations sur l’architecture moléculaire et sur le fonctionnement des protéines© Institut Paul Scherrer PSI/Markus Fischer
On devine des cristaux de glace à l’extrémité du bras robotisé, sur le porte-échantillon tubulaire, qui s’est déplacé horizontalement depuis le bord droit de l’image jusqu’à l’avant du cercle lumineux: le robot prélève automatiquement des échantillons de protéines dans un bain d’azote liquide refroidissant et les amène au poste d’expérimentation qui se trouve, comme une aiguille, en face du porte-échantillon. Les cristaux de protéines sont ensuite irradiés avec de la lumière de type rayons X à la Source de Lumière Suisse SLS. A partir du diagramme de diffraction, il est alors possible de calculer la structure tridimensionnelle de la protéine. Les scientifiques obtiennent ainsi des informations sur l’architecture moléculaire et sur le fonctionnement des protéines© Institut Paul Scherrer PSI/Markus Fischer
Atomes froids
Une lumière verdâtre se répand depuis la chambre d’expérimentation à vide, où se trouvent des atomes qu’il s’agit de refroidir. La lumière verte, qui provient d’un laser, percute ces atomes de manière parfaitement coordonnée. Lorsqu’ils absorbent l’énergie de quelques paquets de lumière, ils libèrent immédiatement davantage d’énergie et deviennent donc, à chaque fois, plus froids. Ce principe porte le nom de «refroidissement par laser» («laser cooling»). Il amène les atomes à une température, proche du zéro absolu, de –273,15 degrés Celsius. De cette manière, leur nature quantique devient saisissable et analysable. Au Centre des sciences photoniques, cette méthode permet d’acquérir de nouvelles connaissances dans le domaine de la mécanique quantique. © Institut Paul Scherrer PSI/Markus Fischer
Une lumière verdâtre se répand depuis la chambre d’expérimentation à vide, où se trouvent des atomes qu’il s’agit de refroidir. La lumière verte, qui provient d’un laser, percute ces atomes de manière parfaitement coordonnée. Lorsqu’ils absorbent l’énergie de quelques paquets de lumière, ils libèrent immédiatement davantage d’énergie et deviennent donc, à chaque fois, plus froids. Ce principe porte le nom de «refroidissement par laser» («laser cooling»). Il amène les atomes à une température, proche du zéro absolu, de –273,15 degrés Celsius. De cette manière, leur nature quantique devient saisissable et analysable. Au Centre des sciences photoniques, cette méthode permet d’acquérir de nouvelles connaissances dans le domaine de la mécanique quantique. © Institut Paul Scherrer PSI/Markus Fischer
Caloducs oscillants
Dans ces fins tubes chauffants d’apparence argentée se trouve un flux biphasique d’hélium ou de néon: cela signifie que les substances contenues sont disponibles en partie sous forme gazeuse et en partie sous forme liquide. Les tubes, disposés à la verticale, sont reliés à leur extrémité inférieure à une source de chaleur. A leur extrémité supérieure, un condensateur est relié à un cryoréfrigérateur: cet appareil de refroidissement permet d’obtenir des températures basses et constantes, inférieures à –240 degrés Celsius. Dans ce système, appelé «caloducs oscillants» ou «pulsating heat pipes», le flux d’hélium ou de néon produit un transfert de chaleur efficace et passif. Cette connexion thermique est un élément-clé pour l’optimisation des systèmes supraconducteurs qui doivent être refroidis à basses températures. Le développement et l’application de ce dispositif font partie des efforts conjoints de la section Aimants du PSI et de la société VDL ETG. © Institut Paul Scherrer PSI/Markus Fischer
Dans ces fins tubes chauffants d’apparence argentée se trouve un flux biphasique d’hélium ou de néon: cela signifie que les substances contenues sont disponibles en partie sous forme gazeuse et en partie sous forme liquide. Les tubes, disposés à la verticale, sont reliés à leur extrémité inférieure à une source de chaleur. A leur extrémité supérieure, un condensateur est relié à un cryoréfrigérateur: cet appareil de refroidissement permet d’obtenir des températures basses et constantes, inférieures à –240 degrés Celsius. Dans ce système, appelé «caloducs oscillants» ou «pulsating heat pipes», le flux d’hélium ou de néon produit un transfert de chaleur efficace et passif. Cette connexion thermique est un élément-clé pour l’optimisation des systèmes supraconducteurs qui doivent être refroidis à basses températures. Le développement et l’application de ce dispositif font partie des efforts conjoints de la section Aimants du PSI et de la société VDL ETG. © Institut Paul Scherrer PSI/Markus Fischer
Coupes de tissus
L’intérieur du microtome, instrument utilisé pour réaliser des coupes, baigne dans un brouillard d’azote froid. Une lame en diamant est fixée sur un support bleu. Directement derrière la surface de coupe de la lame se trouve un très petit échantillon de tissus congelés, fixé dans une espèce de mandrin. L’échantillon est mû de haut en bas, pendant que la lame se déplace vers lui, ce qui permet d’obtenir des coupes ultrafines de 50 à 150 nanomètres d’épaisseur. L’échantillon doit être très froid pour être conservé, dans son état naturel, dans de la glace amorphe: à –150 degrés Celsius. Au Laboratoire de recherche biomoléculaire, les préparations tissulaires ultrafines sont utilisées pour comprendre des processus physiologiques. De nouvelles possibilités thérapeutiques seront explorées à partir de là. © Institut Paul Scherrer PSI/Markus Fischer
L’intérieur du microtome, instrument utilisé pour réaliser des coupes, baigne dans un brouillard d’azote froid. Une lame en diamant est fixée sur un support bleu. Directement derrière la surface de coupe de la lame se trouve un très petit échantillon de tissus congelés, fixé dans une espèce de mandrin. L’échantillon est mû de haut en bas, pendant que la lame se déplace vers lui, ce qui permet d’obtenir des coupes ultrafines de 50 à 150 nanomètres d’épaisseur. L’échantillon doit être très froid pour être conservé, dans son état naturel, dans de la glace amorphe: à –150 degrés Celsius. Au Laboratoire de recherche biomoléculaire, les préparations tissulaires ultrafines sont utilisées pour comprendre des processus physiologiques. De nouvelles possibilités thérapeutiques seront explorées à partir de là. © Institut Paul Scherrer PSI/Markus Fischer
Matériau quantique
Dans ce cryostat de deux mètres de diamètre, unique au monde – un appareil de refroidissement qui atteint des températures proches du zéro absolu –, se trouve un aimant quantique, dont on étudie les propriétés avec la lumière de type rayons X du SwissFEL, le laser à rayons X à électrons libres. A des températures très basses d’environ 1 Kelvin et moins, le matériau quantique adopte un état magnétique que la diffraction des rayons X permet de directement visualiser. Ici, on se penche par exemple sur l’influence des effets quantiques sur les domaines magnétiques ainsi que sur leur contrôle dynamique par des impulsions micro-ondes. © Institut Paul Scherrer PSI/Markus Fischer
Dans ce cryostat de deux mètres de diamètre, unique au monde – un appareil de refroidissement qui atteint des températures proches du zéro absolu –, se trouve un aimant quantique, dont on étudie les propriétés avec la lumière de type rayons X du SwissFEL, le laser à rayons X à électrons libres. A des températures très basses d’environ 1 Kelvin et moins, le matériau quantique adopte un état magnétique que la diffraction des rayons X permet de directement visualiser. Ici, on se penche par exemple sur l’influence des effets quantiques sur les domaines magnétiques ainsi que sur leur contrôle dynamique par des impulsions micro-ondes. © Institut Paul Scherrer PSI/Markus Fischer
