Le laboratoire atomique ultrafroid de l'Université de technologie de Swinburne. Crédit :FLOTTE
Nous pouvons apprendre beaucoup en étudiant les changements microscopiques et macroscopiques d'un matériau lors de son passage d'une phase à l'autre, par exemple de la glace à l'eau à la vapeur.
Mais si ces transitions de phase sont bien comprises dans le cas de l'eau, on en sait beaucoup moins sur la dynamique lorsqu'un système passe d'un fluide normal à un superfluide, qui peut s'écouler sans frottement, c'est-à-dire sans perdre d'énergie.
Une nouvelle étude de Swinburne observant la transition d'un gaz atomique du fluide normal au superfluide fournit de nouvelles informations sur la formation de ces états remarquables, dans une perspective d'avenir, à base de superfluide, technologies quantiques, comme l'électronique à ultra basse consommation.
On a vu que la formation de superfluide impliquait un certain nombre d'échelles de temps différentes, associé à différents processus dynamiques qui ont lieu lors du franchissement de la limite de phase.
Comprendre les transitions dynamiques, vers les technologies du futur
En tant que déséquilibre, processus dynamique, les transitions de phase sont difficiles à comprendre d'un point de vue théorique, à l'intérieur de ces états de la matière fascinants et potentiellement utiles.
De tels phénomènes de non-équilibre dans les systèmes quantiques à plusieurs corps impliquent une interaction complexe de corrélations couvrant des échelles spatio-temporelles très différentes. L'accès à la dynamique complète dans la plupart des matériaux peut être interdit par les échelles de temps ultracourtes.
Les futures technologies basées sur les états quantiques telles que les superfluides ou les supraconducteurs devront être « switchées » (on/off), comprendre comment les systèmes évoluent après le changement répond à d'importantes questions de base, comme la vitesse à laquelle ces appareils peuvent fonctionner.
La formation d'un superfluide implique le mouvement corrélé des nombreux constituants microscopiques au sein d'une vaste collection de particules de mécanique quantique.
"Des gaz dilués d'atomes ultrafroids cependant, permettre des mesures de dynamique en temps réel sur des échelles de temps accessibles, " explique l'auteur principal, le Dr Paul Dyke (Swinburne).
"Ici, nous utilisons un gaz ultrafroid d'atomes fermioniques en interaction forte (c'est-à-dire, un gaz de Fermi), pour étudier comment les corrélations requises pour former un superfluide s'accumulent après une extinction soudaine des interactions. Cela met le système hors d'équilibre."
"En mesurant la dynamique ultérieure lorsque le système revient à l'équilibre, nous pouvons résoudre les différentes échelles de temps impliquées, pour que les diverses corrélations s'établissent. Ces échelles de temps dépendent des échelles de longueur correspondantes, avec des corrélations à courte portée et la formation de paires se développant rapidement, tandis que la distribution globale de la quantité de mouvement peut prendre plusieurs ordres de grandeur plus longtemps pour atteindre l'équilibre."
La nouvelle expérience a montré que :
Le paramètre de contact quantifie la probabilité de trouver deux atomes très proches l'un de l'autre, et est fortement renforcée lorsque les atomes forment des paires.
"Dynamics of a Fermi Gas Quenched to Unitarity" a été publié dans Lettres d'examen physique en septembre 2021.
