physique appliquée

"Superfluidité": des physiciens parviennent à prouver l'existence cet état (très) particulier de la matière

(Vidéo GEO : Et si la physique quantique redéfinissait la mesure du temps ?)

La matière supersolide vient de révéler l'un de ses secrets. Les chercheurs sont parvenus pour la première fois à obtenir la preuve irréfutable de sa double condition : à la fois solide et liquide.

On distingue quatre états de la matière : l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux et, plus rarement, l'état plasma. Mais les scientifiques s’intéressent depuis longtemps à ce qu’ils appellent les états "exotiques" de la matière.

Des états particuliers qui émergent lorsque la température est soit extrêmement élevée, soit froide au point de se rapprocher du zéro absolu (-273,15 degrés Celsius). Ou alors lorsque la matière est confrontée à des niveaux de gravité, d’énergie ou de densité extrêmes.

La matière flotte alors entre plusieurs états, ni tout à fait solide, ni tout à fait liquide, ni vraiment gazeuse. Jusque-là, les physiciens n’étaient pas parvenus à confirmer leur intuition qu’il existait des "supersolides", une matière qui possède à la fois les propriétés d'un solide et d'un superfluide.

Mais des scientifiques ont annoncé le 6 novembre dans une étude publiée dans la revue Nature qu'ils avaient réussi à remuer pour la première fois un "supersolide". Une révolution.

"Si on remplace le café par un superfluide, celui-ci ne tourne pas avec la cuillère"

Pour mieux comprendre, il faut imaginer que dans les conditions extrêmes que nous avons évoquées, les liquides et les gaz ont une résistance plus ou moins grande à l’écoulement, mesurée par ce qu’on appelle la viscosité. Le miel et l’huile sont par exemple plus visqueux que l’eau.

"Les superfluides, eux, n’ont pas de viscosité: ils s’écoulent sans perte d’énergie, ce qui leur permet de circuler indéfiniment dans un contenant sans ralentir", explique l’étude.

"Imaginez une tasse de café, et que vous la remuiez un peu avec une cuillère. Vous verrez le café tourner autour du centre, et si vous regardez bien, il peut y avoir un tourbillon au milieu, là où le liquide tourbillonne le plus vite. C'est un exemple classique de vortex dans un fluide ordinaire", observe Francesca Ferlaino, physicienne de l’Université d’Innsbruck (Autriche) et principale auteure de l’étude, auprès de l’AFP.

"Si on remplace le café par un superfluide, celui-ci ne tourne pas avec la cuillère, il reste parfaitement immobile comme si rien ne l’avait dérangé", ajoute-t-elle. Les chercheurs étaient déjà parvenus à observer les structures cristallines à l'intérieur des supersolides de différentes manières.

Mais il manquait encore à notre travail une observation directe d’une des propriétés caractéristiques et fondamentales de la superfluidité: l’écoulement sans rotation.

Les "vortex quantifiés" visibles pour la première fois

"Cependant, si vous tournez la cuillère plus vite, au lieu de former un grand tourbillon au centre, une série de petits tourbillons (appelés vortex quantifiés) commencent à apparaître. Ce sont comme de petits trous dans le fluide, chacun tournant à une vitesse spécifique, qui s’organisent en de beaux motifs réguliers à la surface du superfluide, presque comme les trous d’un morceau de gruyère", explique Francesca Ferlaino.

Les scientifiques ont finalement réussi à créer et observer en laboratoire ces fameux vortex, “preuve irréfutable de la superfluidité et preuve forte et directe de la double nature d’un état supersolide”, indique la physicienne.

Cette découverte majeure va permettre de simuler en laboratoire des phénomènes qui ne se produisent normalement que dans des conditions vraiment extrêmes, par exemple ce qui se passe au cœur des étoiles à neutrons.



 

Auteur: Internet

Info: https://www.geo.fr/, Esther Buitekant, 8/11/2024

[ pâte de neutrons ] [ quark-gluon plasma ] [ matière dégénérée ]