Selon les médias étrangers, les gaz quantiques sont idéaux pour étudier les conséquences microscopiques des interactions avec la matière. Désormais, les scientifiques peuvent contrôler avec précision des particules individuelles dans des nuages de gaz extrêmement froids en laboratoire et révéler des phénomènes qui ne peuvent pas être observés dans le monde de tous les jours. Un seul atome comme dans une condensation de Bose-Einstein est complètement délocalisé. Cela signifie qu’à tout moment, les mêmes atomes sont présents à chaque point du condensat.
Il y a deux ans, une équipe de recherche dirigée par Francesca Ferlaino du Département de physique expérimentale de l’Université d’Innsbruck et de l’Institut d’optique quantique et d’information quantique de l’Académie autrichienne des sciences d’Innsbruck a réussi pour la première fois à réaliser un état supersolide dans un gaz quantique ultrafroid d’atomes magnétiques. Les interactions magnétiques amènent les atomes à s’auto-organiser en gouttelettes et à les disposer selon des schémas réguliers.
“Typiquement, on pourrait penser que chaque atome se trouverait dans une gouttelette spécifique qui ne pourrait pas entrer l’une dans l’autre”, a déclaré Matthew Norcia, membre de l’équipe de Francesca Ferlaino. “Cependant, à l’état supersolide, chaque particule est délocalisée sur toutes les gouttelettes, présentes dans chaque gouttelette en même temps. Donc, fondamentalement, vous avez un système qui a une série de régions à haute densité, qui partagent toutes les mêmes atomes délocalisés.
Malgré l’ordre spatial (superfluide), cette structure exotique peut produire des effets tels qu’un écoulement sans frottement.
nouvelle dimension, nouvel effet
Jusqu’à présent, les états supersolides dans les gaz quantiques n’ont été observés que sous la forme d’une chaîne de gouttelettes (selon une dimension). “En collaboration avec les théoriciens Luis Santos de l’Université Leibniz de Hanovre et Russell Bisset de l’Université d’Innsbruck, nous avons maintenant étendu ce phénomène à deux dimensions et produit des systèmes avec deux ou plusieurs rangées de gouttelettes”, a noté Matthew Norcia. Il s’agit non seulement d’une amélioration quantitative, mais aussi d’un élargissement considérable de la perspective de la recherche.
“Dans un système supersolide à deux dimensions, par exemple, on peut étudier comment les tourbillons se forment dans les pores entre plusieurs gouttelettes d’eau adjacentes. Francesca Ferlaino se tourne déjà vers l’avenir en disant : “Alors que ceux-ci sont théoriquement décrits, les tourbillons ont n’ont pas été prouvés, mais ils représentent un résultat important pour les superfluides.”
Nouveau domaine de recherche : les supersolides
Il y a 50 ans, il a été prédit que les états supersolides et leurs propriétés étonnantes seraient largement étudiés dans l’hélium superfluide. Cependant, après des décennies de recherche théorique et expérimentale, il n’y a toujours pas une seule preuve claire de l’état supersolide de ce système. Il y a deux ans, une équipe de recherche de Pise, Stuttgart et Innsbruck a réussi pour la première fois de manière indépendante à créer ce que l’on appelle des supersolides à partir d’atomes magnétiques dans un gaz quantique ultrafroid. La forte polarité des atomes magnétiques, dont les propriétés d’interaction permettent de créer cet état paradoxal de mécanique quantique de la matière en laboratoire, est fondamentale pour ce domaine de recherche émergent et en pleine croissance sur les supersolides.
