Il existe deux vitesses du son dans un condensat de Bose-Einstein. En plus de la propagation normale du son, il y a un deuxième son, qui est un phénomène quantique. Des scientifiques du groupe de Ludwig Mathey de l'Université de Hambourg ont avancé une nouvelle théorie pour ce phénomène.

Quand tu sautes dans un lac et que tu te tiens la tête sous l'eau, tout sonne différemment. Outre la réponse physiologique différente de nos oreilles dans l'air et dans l'eau, cela provient de la propagation différente du son dans l'eau par rapport à l'air. Le son voyage plus vite dans l'eau, enregistrement à 1493 m/s, par une confortable journée d'été de 25°C. D'autres liquides ont leur propre vitesse du son, comme l'alcool à 1144 m/s, et de l'hélium, si vous passez à un refroidissement à -269°C pour son état liquéfié, avec 180 m/s.

Ces liquides sont appelés liquides classiques, exemples pour l'un des états primaires de la matière. Mais si nous refroidissons cet hélium de quelques degrés de plus, il se passe quelque chose de dramatique, il se transforme en un liquide quantique. Cet affichage macroscopique de la mécanique quantique est un superfluide, un liquide qui s'écoule sans friction.

Alors, qu'entendez-vous si vous prenez la malheureuse décision de plonger votre tête dans ce liquide ? Étonnamment, vous entendrez deux fois le même son. En plus du son normal d'un liquide, il existe un phénomène de second son qui découle de la nature quantique de ce liquide. Si quelqu'un vous dit quelque chose alors que vous êtes immergé dans de l'hélium superfluide, vous l'entendrez d'abord comme premier son, puis avoir une seconde chance d'écouter quand il arrive en tant que second son, bien que fortement atténué. Pour l'hélium superfluide, le deuxième son est un peu plus lent que le premier son, avec 25 m/s contre 250 m/s, entre 1 et 2 Kelvin.

Alors que la théorie conventionnelle du second son a été couronnée de succès pour l'hélium superfluide, la montée des condensats de Bose-Einstein d'atomes ultrafroids a posé de nouveaux défis. Une équipe de scientifiques dirigée par Ludwig Mathey de l'Université de Hambourg a mis en avant une nouvelle théorie qui capture le second son dans ces liquides quantiques, récemment publié dans Examen physique A .

"Pour l'hélium superfluide, le deuxième son est plus lent que le premier, " explique le co-auteur Vijay Singh, "mais nous avons été étonnés de constater que ce n'est pas nécessairement vrai, que la deuxième impulsion peut être plus rapide. » Une nouvelle approche théorique était nécessaire pour saisir cela. Les problèmes modernes nécessitent des solutions modernes, comme ils disent.

"Nous avons généralisé l'intégrale du chemin de Feynman pour étendre la théorie des superfluides, " décrit l'auteur principal Ilias Seifie l'avancée conceptuelle. Alors que le chemin intégral, brillamment conçu par Richard Feynman, formule la mécanique quantique comme une somme sur des trajectoires, ces trajectoires elles-mêmes sont classiques. « Nous avons modifié à quoi ressemblent ces trajectoires », poursuit Seifie, "dans notre intégrale de chemin, ils contiennent des informations sur les fluctuations quantiques." Imaginez une nouille de piscine qui s'étend de A à B comme la visualisation d'un pauvre d'une trajectoire qui entre dans l'intégrale du chemin de Feynman. La section transversale de la nouille est plus ou moins ronde avec un diamètre constant sur toute sa longueur. Mais dans la nouvelle intégrale de chemin, la forme de la section peut varier, il peut prendre des formes elliptiques, imaginez presser les nouilles de la piscine ensemble. À juste titre, les physiciens appellent ces états de mécanique quantique des états comprimés.

« Cette approche est largement applicable, " explique Ludwig Mathey, "il peut être appliqué à n'importe quelle méthode basée sur des intégrales de chemin." En effet, de nombreux phénomènes à l'interface de la physique quantique et classique peuvent être imaginés pour être mieux compris avec cette approche. On pourrait juste tirer un peu plus de perspicacité de la nature avec ce nouveau cadre.