Une découverte clé dans la recherche des supersolides.

Une équipe de recherche innovante a réussi à observer pour la première fois un phénomène fondamental dans un supersolide, apportant une preuve irréfutable de l'existence de cet état extraordinaire de la matière, qui allie rigidité et fluidité.

Les états de la matière.

Dans notre quotidien, la matière se présente sous quatre états bien connus : solide, liquide, gaz et plasma. Cependant, les scientifiques se penchent depuis longtemps sur des états "exotiques" de la matière, qui surgissent à des températures proches du zéro absolu (-273,15 degrés Celsius) ou sous des pressions et des densités extrêmes, semblables à celles que l’on trouve dans les trous noirs.

Comportements physiques uniques.

Ces conditions permettent à la matière d’afficher des comportements physiques très différents de ceux observés dans les états classiques. Par exemple, les fluides normaux, tels que l'eau ou l'huile, exhibent une viscosité, une résistance à l'écoulement, tandis que les superfluides, eux, s'élancent sans aucune viscosité, circulant indéfiniment sans jamais ralentir.

Théorie des supersolides.

La théorie d’un état supersolide a été formulée il y a plus de 50 ans. Dans cet état, la matière possède à la fois les caractéristiques d'un solide classique, avec une structure cristalline, et celles d'un superfluide, où une partie des atomes se déplace sans viscosité à travers le réseau solide.

Difficultés antérieures.

Malgré des prédictions théoriques sur la structure cristalline des supersolides, la preuve de leur superfluidité n’avait jusqu’ici été que suggérée par des résultats expérimentaux.

Observation directe.

"Nous avions besoin d’une observation directe d'une propriété essentielle de la superfluidité : l'écoulement sans rotation," a déclaré Francesca Ferlaino, la chercheuse principale de cette étude publiée récemment dans la revue Nature. Elle a expliqué que dans un superfluide, un mouvement rotatif classique ne se produit pas. En effet, si l’on agite une cuillère dans un contenant de superfluide, celui-ci reste parfaitement immobile, défiant nos intuitions habituelles sur le comportement des liquides.

Apparition de vortex quantifiés.

Cependant, lorsqu’une rotation plus rapide est appliquée, des vortex quantifiés apparaissent, formant des motifs intrigants à la surface du superfluide, semblables à des trous dans un fromage. Cette recherche sur les vortex quantifiés a nécessité un haut degré d’expertise expérimentale.

Antécédents de recherche.

En 2021, l’équipe autrichienne avait déjà démontré la création d'un supersolide, en refroidissant des atomes et des molécules à des températures extrêmement basses, posant ainsi les fondations de cette découverte marquante. Pour étudier la dynamique de ce supersolide, les chercheurs ont utilisé des champs magnétiques pour le faire tourner délicatement, induisant ainsi la formation de ces vortex quantifiés.

Implications des résultats.

Les résultats de cette étude constituent "une preuve solide et directe de la dualité de l'état supersolide," souligne Mme Ferlaino. En outre, cela ouvre la porte à l'observation de phénomènes physiques uniques en laboratoire, permettant de simuler des conditions que l'on ne trouve que dans des environnements extrêmes tels que le cœur des étoiles à neutrons, qui sont les restes compactés de géantes stellarées.

Perspectives d'étude.

"Les variations de vitesse de rotation dans les étoiles à neutrons, connues sous le nom de +glitches+, pourraient être causées par des superfluides emprisonnés dans leur cœur. Notre plateforme expérimentale permet de reproduire ces phénomènes sur Terre," a ajouté Thomas Bland, un autre membre de l’équipe, dans un communiqué.

Conclusion.

Cette découverte pourrait donc non seulement transformer notre compréhension de la matière à l'échelle quantique, mais aussi ouvrir des perspectives inédites dans l'étude des astrophénomènes.