Les vortex quantiques sont une forte indication de superfluidité

Les tourbillons sont omniprésents dans la nature : faire tourbillonner de l’eau peut créer des tourbillons. Lorsque l’atmosphère est agitée, d’énormes tornades peuvent se former. C’est également le cas dans le monde quantique, sauf que de nombreux vortex identiques se forment simultanément — le vortex est quantifié. Dans de nombreux gaz quantiques, de tels tourbillons quantifiés ont déjà été démontrés. “C’est intéressant car de tels tourbillons sont une indication claire de l’écoulement sans frottement d’un gaz quantique – la soi-disant superfluidité”, explique Francesca Ferlaino du Département de physique expérimentale de l’Université d’Innsbruck et de l’Institut d’optique quantique et quantique. Renseignements auprès de l’Académie autrichienne des sciences.

Ferlaino et son équipe étudient les gaz quantiques constitués d’éléments fortement magnétiques. Pour de tels gaz quantiques dipolaires, dans lesquels les atomes sont fortement connectés les uns aux autres, les vortex quantiques n’ont pas pu être démontrés jusqu’à présent. Les scientifiques ont mis au point une nouvelle méthode : “Nous utilisons la directivité de notre gaz quantique de dysprosium, dont les atomes se comportent comme de nombreux petits aimants, pour brasser le gaz”, explique Manfred Mark de l’équipe de Francesca Ferlaino. Pour ce faire, les scientifiques appliquent un champ magnétique à leur gaz quantique de manière à ce que ce gaz initialement rond en forme de crêpe se déforme elliptiquement par magnétostriction. Cette idée, aussi simple que puissante, est née il y a quelques années d’une proposition théorique de l’équipe théorique de l’Université de Newcastle, dirigée par Nick Parker et dont faisait partie Thomas Bland, le deuxième auteur de l’article. “En faisant tourner le champ magnétique, nous pouvons faire tourner le gaz quantique”, explique Lauritz Klaus, premier auteur de l’article actuel. “S’il tourne assez vite, de petits tourbillons se forment dans le gaz quantique. C’est ainsi que le gaz essaie d’équilibrer le moment cinétique.” À des vitesses de rotation suffisamment élevées, des bandes particulières de tourbillons se forment le long du champ magnétique. Celles-ci sont une caractéristique particulière des gaz quantiques dipolaires et ont été observées pour la première fois à l’Université d’Innsbruck, en Autriche.

La nouvelle méthode, maintenant présentée dans Physique naturelle, seront utilisés pour étudier la superfluidité dans des états supersolides dans lesquels la matière quantique est à la fois solide et liquide. “C’est en effet toujours une question ouverte majeure du degré de caractère superfluide dans les états supersolides nouvellement découverts, et cette question reste encore très peu étudiée aujourd’hui.”

Le travail a été réalisé en coopération avec Giacomo Lamporesi de l’Université de Trente, en Italie, et le théoricien Russell Bisset de l’Université d’Innsbruck, et a été soutenu financièrement par le Conseil européen de la recherche ERC, le Fonds scientifique autrichien FWF et l’Académie autrichienne des sciences. ÖAW, entre autres.

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Matériaux fourni par Université d’Innsbruck. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.