Une théorie simple mais précise de la façon dont le son interagit avec les petites particules a été développée par les physiciens théoriciens de RIKEN. Cette avancée permettra d'améliorer la manipulation des microparticules par le son.

La lumière laser est largement utilisée pour déplacer et faire pivoter de petites particules. Cette capacité est fondée sur la connaissance des forces et des couples que la lumière génère sur les petites particules.

D'une manière similaire, les ondes sonores peuvent être utilisées pour manipuler de petites particules, mais jusqu'à présent, il n'y avait pas de théorie générale claire et concise décrivant comment les ondes sonores non uniformes génèrent des forces et des couples sur les petites particules.

Maintenant, en considérant des analogies avec la lumière, Ivan Toftul, Konstantin Bliokh et Franco Nori du Laboratoire de physique quantique théorique RIKEN et leurs collègues ont dérivé des expressions analytiques simples pour la force et le couple générés sur une petite particule sphérique par un champ d'ondes sonores générique d'une fréquence unique. Ces expressions révèlent le lien direct entre la force de diffusion et la densité de moment du champ d'ondes sonores et aussi celui entre le couple et la densité de moment angulaire de spin du champ d'ondes.

« De telles correspondances sont maintenant bien établies en optique, mais c'était assez vague en acoustique et il n'y avait pas d'expression théorique pour le couple sur une petite particule dans un champ d'onde sonore générique, " explique Bliokh. " Nos objectifs étaient donc de combler ces lacunes importantes dans la théorie de l'interaction entre les ondes sonores et la matière. "

L'analyse de l'équipe a révélé des liens inattendus entre la lumière et le son. "Les ondes sonores sont généralement considérées comme de simples champs d'ondes scalaires dépourvus de propriétés vectorielles telles que la polarisation et le spin, mais nos résultats montrent que les champs d'ondes sonores génériques ont en fait autant de degrés de liberté pour les micromanipulations que les champs optiques, " commente Bliokh. " Je pense que cette analogie montre que les champs acoustiques peuvent offrir beaucoup plus de possibilités qu'on ne le considérait traditionnellement auparavant. " Par exemple, la théorie de l'équipe montre qu'une particule dans un champ acoustique évanescent (le champ non uniforme généré près des surfaces) subit des forces et un couple très similaires à ceux d'un champ optique évanescent.

Ainsi, l'analyse de l'équipe établit une correspondance biunivoque entre les forces et couples optiques bien étudiés utilisés pour la micromanipulation et leurs homologues acoustiques. « Cela permettra un transfert facile des connaissances et des découvertes entre les systèmes optiques et acoustiques, " note Bliokh. "Nous revisitons maintenant l'approche de la théorie fondamentale des champs en acoustique et examinons les propriétés vectorielles récemment révélées des champs acoustiques."