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Dans le célèbre classique de Jules Verne 20, 000 lieues sous les mers , l'emblématique sous-marin Nautilus disparaît dans le Moskenstraumen, un énorme tourbillon au large des côtes norvégiennes. Dans l'espace, les étoiles tournent autour des trous noirs; sur Terre, cyclones tourbillonnants, les tornades et les diables de poussière déchirent le pays.
Tous ces phénomènes ont une forme de vortex, que l'on trouve couramment dans la nature, des galaxies au lait mélangé au café. Dans le monde subatomique, un flux de particules élémentaires ou d'énergie s'enroulera en spirale autour d'un axe fixe comme la pointe d'un tire-bouchon. Lorsque les particules se déplacent comme ceci, ils forment ce que nous appelons des « faisceaux vortex ». Ces faisceaux impliquent que la particule a un moment angulaire orbital bien défini, qui décrit la rotation d'une particule autour d'un point fixe.
Ainsi, les faisceaux de vortex peuvent nous donner de nouvelles façons d'interagir avec la matière, par exemple. sensibilité accrue aux champs magnétiques dans les capteurs, ou générer de nouveaux canaux d'absorption pour l'interaction entre le rayonnement et les tissus dans les traitements médicaux (par exemple la radiothérapie). Mais les faisceaux vortex permettent également de nouveaux canaux dans les interactions de base entre les particules élémentaires, de nouvelles perspectives prometteuses sur la structure interne des particules telles que les neutrons, protons ou ions.
La matière présente une dualité onde-particule. Cela signifie que les scientifiques peuvent faire en sorte que des particules massives forment des faisceaux de vortex simplement en modulant leur fonction d'onde. Cela peut être fait avec un appareil appelé "masque de phase passif, " qui peut être considéré comme un obstacle permanent dans la mer. Lorsque les vagues en mer s'y écrasent, leur "vague" se déplace et ils forment des tourbillons. Les physiciens ont utilisé la méthode du masque de phase passif pour fabriquer des faisceaux vortex d'électrons et de neutrons.
