Des scientifiques ont créé un état supersolide de la matière dans une nouvelle dimension

Ouvrir un nouveau spectre de bizarrerie quantique.

Un rendu d’artiste d’un supersolide bidimensionnel. Universität Innsbruck

Il est temps de faire une mise à niveau.

La plupart d’entre nous connaissent les trois états courants de la matière : solide, liquide et gazeux, ainsi qu’un quatrième état peu commun : le plasma. Mais les recherches en cours sur un nouvel état exotique appelé “supersolide”, qui a été vérifié il y a quelques années, sont dans une impasse critique : Les scientifiques l’ont créé sous une nouvelle forme bidimensionnelle, pour la première fois, selon une étude récente publiée dans la revue Nature.

Et cela ouvre un spectre entièrement nouveau de bizarreries quantiques.

Passage aux supersolides bidimensionnels

Attention : les supersolides ne sont pas une version amplifiée des solides. Fondamentalement, ce sont des solides dont les atomes sont disposés en une structure rigide et cristalline, comme les solides typiques. Mais, bizarrement, les supersolides peuvent également s’écouler avec une viscosité nulle, comme un superfluide, ce qui semble être deux qualités paradoxales à posséder. Les scientifiques avaient spéculé que cela pourrait être possible depuis les années 1960 et, en 2017, le matériau a été confirmé expérimentalement. L’étude (plus) récente a vu un ensemble d’équipes de recherche mettre en commun leurs ressources pour créer des supersolides à l’aide d’un autre état de la matière, différent, connu sous le nom de condensat de Bose-Einstein (Bose-Einstein condensate – BEC). Ces condensats sont composés d’un nuage d’atomes de gaz à faible densité, refroidis à des températures proches du zéro absolu. Lorsqu’ils deviennent aussi froids, ils présentent des bizarreries quantiques déconcertantes qui ne sont généralement pas observées à ces échelles comparativement macro.

Dans ces cas de gel extrême, chaque atome du BEC existe en tout point du nuage, simultanément, dans une condition appelée délocalisation. Dans des expériences antérieures, les scientifiques ont créé des supersolides qui n’existaient que dans une seule dimension, ce qui signifie qu’ils ne pouvaient s’écouler que dans une direction médiocre. Mais l’équipe de recherche de l’Universität Innsbruck a fourni à ce nouvel état de la matière une dimension supplémentaire entière dans laquelle jouer, ce qui revient à échanger une ficelle contre un billet de banque. Ce BEC multidimensionnel a été créé à partir d’atomes de dysprosium, les interactions magnétiques entre les atomes conduisant à une disposition autonome en gouttelettes, elles-mêmes auto-organisées en une grille. “Normalement, on pourrait penser que chaque atome se trouve dans une gouttelette spécifique, sans qu’il soit possible de passer de l’une à l’autre”, a déclaré l’auteur de l’étude, Matthew Norcia, dans un rapport du New Atlas.

Les supersolides bidimensionnels ouvrent une nouvelle gamme de bizarreries quantiques

“Cependant, dans l’état supersolide, chaque particule est délocalisée à travers toutes les gouttelettes existant simultanément dans chaque gouttelette”, a ajouté Norcia, dans le rapport. “Donc, fondamentalement, vous avez un système avec une série de régions à haute densité (les gouttelettes) qui partagent toutes les mêmes atomes délocalisés.” L’équipe de recherche a également ajouté que cette percée pourrait permettre aux physiciens d’examiner un spectre entièrement nouveau de bizarrerie quantique que nous ne pouvions pas nous attendre à voir dans le comportement d’un supersolide unidimensionnel. “Par exemple, dans un système supersolide bidimensionnel, on peut étudier comment les tourbillons se forment dans le trou entre plusieurs gouttelettes adjacentes.”

“Ces tourbillons décrits en théorie n’ont pas encore été démontrés, mais ils représentent une conséquence importante de la superfluidité”, a ajouté Norcia. La découverte initiale des supersolides a été réalisée par les chercheurs du MIT en combinant les caractéristiques de la matière solide avec celles des superfluides. Le fait que seulement quatre ans se soient écoulés entre la création d’un nouvel état de la matière et sa mise à niveau vers sa nouvelle splendeur bidimensionnelle témoigne de la richesse des découvertes scientifiques qui attendent ceux qui souhaitent explorer les possibilités quantiques offertes par cette réalisation.

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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche