Une expérience sauvage révèle ce qui se passerait si vous touchiez un superfluide quantique

Une expérience a enfin révélé ce que l’on pourrait ressentir en touchant un fluide super quantique.

Les physiciens ont immergé une sonde spéciale de la taille d’un doigt dans un isotope d’hélium refroidi légèrement au-dessus du zéro absolu et ont enregistré ses propriétés physiques.

Ils disent que c’est la première fois que nous avons une idée de ce à quoi pourrait ressembler l’univers quantique. Personne n’a eu besoin de subir d’horribles engelures ou de gâcher une expérience pour découvrir la vérité.

« En pratique, nous ne connaissons pas la réponse à la question : qu’est-ce que ça fait de toucher à la physique quantique ? Dit le physicien Samoli Oti de l’Université de Lancaster au Royaume-Uni, qui a dirigé la recherche.

« Ces conditions expérimentales sont dures et les techniques sont complexes, mais je peux maintenant vous dire ce que vous ressentiriez si vous pouviez mettre la main dans ce système quantique. Personne n’a été en mesure de répondre à cette question au cours des 100 ans d’histoire du quantum. physique. Et maintenant nous le montrons, au moins dans Superfluides ³Lui, cette question peut trouver une réponse.

Le superfluide est un état de la matière qui se comporte comme un fluide sans viscosité ni friction. Il existe deux isotopes de l’hélium capables de créer un superfluide. Lorsqu’ils sont refroidis au-dessus du zéro absolu (−273,15°C ou −459,67°F), les bosons isotopiques de l’hélium-4 ralentissent suffisamment pour s’imbriquer dans un réseau d’atomes à haute densité qui se comporte comme un seul superatome.

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Hélium-3 légèrement différent. Leur noyau est constitué de fermions, une classe de particules qui tournent différemment des bosons. Lorsqu’ils sont refroidis en dessous d’une certaine température, les fermions se lient ensemble dans ce qu’on appelle Paires de tonneliersChacun d’eux est constitué de deux fermions qui forment ensemble un boson composé. Ces paires de Cooper se comportent comme des bosons et peuvent donc former un superfluide.

Otte et son équipe expérimentent depuis un certain temps le superfluide fermionique hélium-3 et ont découvert que, bien que les paires de Cooper soient très fragiles, les chercheurs peuvent insérer un fil à l’intérieur sans casser les paires, ni même perturber le flux du superfluide. L’équipe a donc décidé de concevoir une sonde pour étudier de près les propriétés du liquide.

Eh bien, c’est vraiment bizarre. La surface du liquide semble former une couche bidimensionnelle indépendante qui éloigne la chaleur de la tige. La majeure partie du superfluide en dessous agit presque comme un vide ; Les chercheurs ont découvert qu’il est complètement passif et ne ressemble à rien du tout.

La seule partie du liquide qui interagissait avec la sonde était la couche superficielle bidimensionnelle. La majeure partie ne peut être atteinte que si une énorme quantité d’énergie y est transférée. Les propriétés thermomécaniques du superfluide sont entièrement déterminées par cette couche 2D.

« Ce liquide apparaîtrait en 2D si vous pouviez y mettre votre doigt. La majeure partie du superfluide semble vide, tandis que la chaleur circule dans un sous-système 2D le long des bords de la masse, en d’autres termes, le long de votre doigt. » Oti dit.

« Cela redéfinit également notre compréhension des superfluides [Helium-3]. « Pour un scientifique, cela peut avoir plus d’impact qu’une formation pratique en physique quantique. »

Les chercheurs affirment que les implications sont profondes. L’hélium 3 est un superfluide Le matériau le plus pur connuIl est donc d’un grand intérêt scientifique d’étudier États collectifs de la matière Comme un excès de liquide. Comprendre le comportement de la couche 2D peut faire la lumière sur le comportement des quasiparticules, des défauts topologiques et des états d’énergie quantique.

« Ces méthodes de recherche » Les chercheurs écrivent«Cela a le potentiel de transformer notre compréhension de ce système quantique macroscopique polyvalent.»

La recherche est En raison de l’apparence dans Communications naturelleset il Disponible dans les archives.