Physiciens aux États-Unis, L'Autriche et le Brésil ont montré que le fait de secouer les condensats de Bose-Einstein (BEC) ultrafroids peut les amener soit à se diviser en segments uniformes, soit à se briser en éclats imprévisibles, en fonction de la fréquence des secousses.

"Il est remarquable qu'un même système quantique puisse donner lieu à des phénomènes si différents, " a déclaré Randy Hulet, physicien de l'Université Rice, co-auteur d'une étude sur les travaux publiée en ligne aujourd'hui dans la revue Examen physique X . Le laboratoire de Hulet a mené les expériences de l'étude en utilisant des BEC au lithium, de minuscules nuages ​​d'atomes ultrafroids qui marchent au pas de course comme s'ils n'étaient qu'une seule entité, ou onde de matière. "La relation entre ces états peut nous apprendre beaucoup sur les phénomènes quantiques complexes à N corps."

La recherche a été menée en collaboration avec des physiciens de l'Université autrichienne de technologie de Vienne (TU Wien) et de l'Université brésilienne de São Paulo à São Carlos.

Les expériences rappellent la découverte de Michael Faraday en 1831 selon laquelle des motifs d'ondulations ont été créés à la surface d'un fluide dans un seau qui a été secoué verticalement à certaines fréquences critiques. Les patrons, connu sous le nom de vagues de Faraday, sont similaires aux modes de résonance créés sur les peaux de tambour et les plaques vibrantes.

Pour étudier les ondes de Faraday, l'équipe a confiné les BEC à un guide d'ondes linéaire unidimensionnel, résultant en un BEC en forme de cigare. Les chercheurs ont ensuite secoué les BEC à l'aide d'un faible, champ magnétique à oscillation lente pour moduler la force des interactions entre les atomes dans le guide d'ondes 1D. Le modèle de Faraday a émergé lorsque la fréquence de modulation a été réglée près d'une résonance de mode collectif.

Mais l'équipe a également remarqué quelque chose d'inattendu :lorsque la modulation était forte et que la fréquence était bien en dessous d'une résonance de Faraday, le BEC se brisa en "grains" de taille variable. Le chercheur scientifique Jason Nguyen, co-auteur principal de l'étude, ont trouvé que la taille des grains était largement distribuée et persistait pendant des périodes encore plus longues que le temps de modulation.

"La granulation est généralement un processus aléatoire qui est observé dans les solides tels que le bris de verre, ou la pulvérisation d'une pierre en grains de différentes tailles, " a déclaré le co-auteur de l'étude Axel Lode, qui occupe des postes conjoints à la fois à la TU Wien et à l'Institut Wolfgang Pauli de l'Université de Vienne.

Les images de l'état quantique du BEC étaient identiques dans chaque expérience d'onde de Faraday. Mais dans les expériences de granulation, les images semblaient à chaque fois complètement différentes, même si les expériences ont été réalisées dans des conditions identiques.

Lode a déclaré que la variation dans les expériences de granulation provenait de corrélations quantiques – des relations compliquées entre les particules quantiques qui sont difficiles à décrire mathématiquement.

"Une description théorique des observations s'est avérée difficile car les approches standard étaient incapables de reproduire les observations, en particulier la large distribution des tailles de grains, " a déclaré Lode. Son équipe a aidé à interpréter les résultats expérimentaux en utilisant une méthode théorique sophistiquée, et sa mise en œuvre dans le logiciel, qui expliquait les fluctuations quantiques et les corrélations que les théories typiques n'abordent pas.

Hulet, Rice's Fayez Sarofim Professeur de physique et d'astronomie, et membre du Rice Center for Quantum Materials (RCQM), a déclaré que les résultats ont des implications importantes pour les enquêtes sur la turbulence dans les fluides quantiques, un problème non résolu en physique.