Selon une étude récente de l'Université d'Helsinki, publiée dans la revue Physical Review Letters , un vortex d'un superfluide qui a été quantifié quatre fois a trois façons de se diviser, en fonction de la température.
Le fluide se transforme en superfluide proche du point zéro absolu de température (environ -273°C). Les forces de résistance internes, comme le frottement, disparaissent. À ce stade, le comportement du fluide ne peut plus être décrit par la mécanique classique; à la place, la physique quantique doit être appliquée.
Lorsqu’un superfluide est mis en rotation, la rotation qui en résulte ne devrait jamais ralentir car les superfluides n’ont ni viscosité ni friction. Cela a été expérimenté au niveau atomique en utilisant de l'hélium à rotation très lente, et il a été observé que le superfluide a fini par s'arrêter.
La raison en est que le tourbillon d'un superfluide devient quantifié :le tourbillon global se décompose en petits tourbillons ; le moment cinétique est à la fois quantifié et persistant et ne disparaît donc pas.
Un vortex régulier, comme l'eau qui s'écoule d'un évier, peut tourner sur son axe à n'importe quelle vitesse, alors que le moment cinétique d'un vortex quantifié est toujours proportionnel à un nombre entier. Cet entier est appelé le numéro d’enroulement. Les nombres d'enroulements des vortex individuels et quadruplement quantifiés sont respectivement un et quatre.
Un vortex quadruplement quantifié se divise facilement en quatre vortex quantifiés une seule fois, car un vortex quadruplement quantifié est plus instable en raison de la diminution significative de l'énergie du système après la division. Une énergie moindre signifie un système plus stable.
Le chercheur doctorant Xin Li de l'Université d'Helsinki a étudié les processus de division de vortex quadruplement quantifiés dans ses travaux récents. Que se passe-t-il lorsqu'un vortex instable et quadruplement quantifié peut exister à trois températures différentes, toutes encore très proches du zéro absolu ?
Dans l’étude, il a été observé que les vortex quadruplement quantifiés ont trois manières de se diviser, conduisant à trois modèles différents. Bien que ces modèles aient été théoriquement identifiés dans des études antérieures, les résultats ont démontré pour la première fois que la température conduit à différents processus de division.
La division a été modélisée en appliquant une théorie relativement nouvelle au phénomène, connue sous le nom de dualité jauge/gravité ou holographie. Cette dualité permet un examen systématique de l'impact de la température d'une manière qui ressemble beaucoup à une situation réaliste.
L’étude indique qu’il existe deux modèles observés dans la plage des basses températures, tandis qu’un troisième modèle peut apparaître si la température augmente encore. Expérimentalement, deux de ces modèles de division ont été observés jusqu'à présent, et les chercheurs suggèrent qu'à une température plus élevée, un nouveau modèle pourrait devenir visible.
Plus d'informations : Shanquan Lan et al, Réchauffer des vortex quadruplement quantifiés :modèles de division et transitions dynamiques, Physical Review Letters (2023). DOI :10.1103/PhysRevLett.131.221602. Sur arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2311.01316
Informations sur le journal : Lettres d'examen physique , arXiv
Fourni par l'Université d'Helsinki
