Des chercheurs du FAMU-FSU College of Engineering et du National High Magnetic Field Laboratory ont de nouvelles connaissances sur la formation de tourbillons dans un type de fluide quantique, des travaux qui pourraient nous aider à comprendre le mystère physique de la formation des amas de vortex et fournir une compréhension précieuse du mouvement tourbillonnant atmosphérique sur des planètes telles que la Terre et Jupiter.

Les chercheurs ont révélé une explication alternative à la formation de tourbillons dits d'Onsager dans un superfluide bidimensionnel, un type de fluide quantique qui peut s'écouler sans friction. Leurs conclusions ont été publiées dans Lettres d'examen physique .

"Cette découverte nous donne une nouvelle explication sur la façon dont ces tourbillons pourraient se former et constitue une étape importante pour continuer à améliorer notre compréhension de la physique quantique, " dit Wei Guo, professeur agrégé en génie mécanique et chercheur principal de l'étude.

En 1949, Le lauréat du prix Nobel Lars Onsager a proposé une théorie simple relative à notre compréhension du mouvement tourbillonnaire dans les fluides 2D turbulents, qui sont des fluides contraints de se déplacer dans un espace à deux dimensions.

La théorie d'Onsager dit que lorsque de l'énergie est ajoutée en permanence dans un fluide turbulent 2D avec de petits tourbillons chaotiques (anciennement appelés vortex), ces tourbillons tournant dans la même direction se regrouperaient pour former des tourbillons persistants à grande échelle lorsque l'énergie est suffisamment élevée. Ces amas ou tourbillons à grande échelle sont connus sous le nom de « vortex d'Onsager ». La grande tache rouge de Jupiter en est un bon exemple.

"La théorie d'Onsager exige que de l'énergie soit ajoutée au fluide 2D, " dit Guo. " Cependant, des publications récentes ont révélé que dans les condensats de Bose-Einstein (BEC) 2D, Les tourbillons d'Onsager peuvent apparaître spontanément sans apport d'énergie. Nous avons entrepris de faire plus d'enquêtes sur ces résultats surprenants."

Le BEC est un état de la matière dans lequel des atomes ou des molécules identiques sont confinés par un laser ou un piège magnétique et refroidis jusqu'à près du zéro absolu. Les particules à l'état BEC occupent le même niveau d'énergie mécanique quantique et peuvent présenter des comportements superfluides, comme s'écouler sans perte apparente d'énergie cinétique et tourner autour de minuscules tubes creux appelés tubes vortex. Avec un piège approprié, un BEC peut être confiné pour avoir une forme de disque quasi-2D, C'est, une forme avec une faible épaisseur mais un grand rayon. Les tubes vortex dans un BEC 2D apparaissent comme de minuscules tourbillons ponctuels, qui peut servir de banc d'essai idéal pour la théorie d'Onsager.