La matière à la fois solide et liquide fait progresser la physique classique

Il y a des inventions qui n’ont un impact majeur sur notre vie quotidienne que bien plus tard. Comme l’invention que vous pourriez utiliser pour stocker des informations sur un disque avec des creux et des bosses et les lire avec un laser. C’est alors que le CD est né. Le mois dernier, des scientifiques autrichiens ont réussi à fabriquer de la matière quantique qui peut être à la fois liquide et solide. L’application pratique est encore loin. Mais cela pourrait avoir un impact majeur sur le développement de nouveaux matériaux.

L’équipe de recherche d’Innsbruck a réussi à former un cristal et un superfluide en même temps. Les superfluides sont des liquides qui s’écoulent sans aucune résistance. L’expérience était basée sur des atomes magnétiques et un gaz quantique ultrafroid, appelé le condensat de Bose Einstein. C’est ce qui est créé lorsqu’un gaz est refroidi juste au-dessus du zéro absolu.

Ce qui se passe normalement

Dans la vie de tous les jours, on ne peut observer que trois états d’agrégation : gazeux, liquide et solide. Les substances changent leur état d’agrégation, par exemple, en changeant la température. Habituellement, les substances sont solides à basse température et gazeuses à haute température. Mais si vous prenez un gaz très dilué et que vous le refroidissez de manière extrême, il ne devient ni liquide ni solide, mais reste gazeux.

Voici le statut de ces différents composants en anglais :

Malgré cela, les particules perdent de plus en plus d’énergie. En dessous d’une certaine température critique, les propriétés quantiques de ces particules deviennent si dominantes que ce qu’on appelle un condensat de Bose-Einstein se forme. Dans ce condensat, les atomes individuels sont complètement délocalisés. Cela signifie que le même atome est présent en tout point du condensat à un moment donné. Par conséquent, les condensats de Bose-Einstein sont également superfluides.

Supersolide dans le gaz quantique

L’équipe de Francesca Ferlaino a utilisé le condensat de Bose-Einstein il y a deux ans pour créer des supersolides unidimensionnels. Les chercheurs ont obtenu que des atomes magnétiques s’organisent en gouttelettes dans le gaz quantique ultrafroid et se réorganisent en cristaux.

Cependant, toutes les particules se sont toujours délocalisées à travers toutes les gouttelettes, de sorte que le gaz est resté superfluide. La combinaison de la structure cristalline avec la superfluidité simultanée est appelée suprasolide. Aujourd’hui, les scientifiques ont réussi à étendre ce phénomène à deux dimensions. Ils ont réussi à créer des systèmes avec deux ou plusieurs rangées de gouttelettes.

De nouvelles perspectives pour la recherche

Cette percée élargit considérablement les perspectives de recherche. Dans un système suprasolide bidimensionnel, par exemple, il est possible d’étudier la formation de tourbillons dans l’espace entre plusieurs gouttelettes adjacentes. Ces tourbillons ont été définis en théorie mais n’ont pas encore été démontrés en pratique. Pourtant, ils sont une conséquence importante de la superfluidité.

Jusqu’à présent, les tourbillons n’ont été observés que dans des superfluides uniformes, et sous des formes quantifiées. Un vortex quantifié est essentiellement un trou dans le système, puis le superfluide circule autour de ce trou avec une certaine rotation, explique Matthew Norcia de l’équipe de recherche. Mais dans les supersolides, les tourbillons ne doivent pas être quantifiés de cette manière. Et ils devraient être trouvés dans les régions à faible densité. C’est entre les gouttelettes, pas à l’intérieur d’une goutte où la densité atomique est élevée.