Des physiciens de Stuttgart prouvent sans ambiguïté qu'il s'agissait d'un corps de supercontest
La matière quantique exotique est à la fois un cristal et un superfluide
Les corps supersolides (en anglais supersolids) décrivent un état d'agrégation, qui peut être décrit simplement comme solide et fluide à la fois. La preuve de cette matière quantique exotique a été alimentée par une véritable concurrence ces dernières années. Une équipe dirigée par le professeur Tilman Pfau et Tim Langen au 5. L’Institut de physique de l’Université de Stuttgart a réussi pour la première fois la preuve expérimentale de l’existence de l’état suprasolide longtemps prédit. Les chercheurs décrivent leurs découvertes dans la revue Nature.
Dans la vie de tous les jours, nous connaissons trois états agrégés de la matière: solide, liquide et gazeux. Si la matière est refroidie à l'extrême, d'autres états d'agrégation tels que les superfluides apparaissent, dans lesquels les atomes peuvent se déplacer sans résistance et sans frottement. Au niveau atomique, la mécanique quantique entre en jeu: des particules individuelles telles que des atomes ou des électrons peuvent se chevaucher et, par exemple, apparaître de manière imprévisible et aléatoire à deux endroits différents. Théoriquement, cependant, il est également possible que des états entiers d'agrégation tels que solide ou liquide se superposent pour former de nouveaux états d'agrégation avec de nouvelles propriétés. Un super solide est une telle superposition et se compose de la structure cristalline d'un solide et d'un super liquide. Une particule pourrait donc de manière imprévisible et accidentelle faire partie du cristal ou du superfluide.
Dans cette installation expérimentale, les chercheurs de Stuttgart ont réussi à utiliser des lasers et des champs magnétiques pour générer le corps supercardial à partir d'atomes de dysprosium. Photo: Wolfram Scheible, Université de Stuttgart
Le super solide produit à l'Université de Stuttgart se compose d'atomes de dysprosium qui se comportent comme de petits aimants. Dans l'expérience, les atomes sont refroidis jusqu'à un zéro presque absolu (-273 ° Celsius). À ce stade, deux types d'interaction entre les atomes jouent un rôle: lorsque deux atomes se rapprochent, ils se heurtent comme des boules de billard. Dans le même temps, en raison de l'interaction magnétique, ils peuvent également s'attirer ou se repousser sur de plus longues distances. Afin de créer un super solide, les chercheurs équilibrent la relation entre ces deux forces de telle sorte qu'une structure de réseau cristallin et une soi-disant superfluidité - un flux régulier d'atomes - se forment en même temps. «Nous avons pu déterminer la formation périodique des cristaux directement optiquement et tester la superposition de mécanique quantique au moyen d'expériences d'interférence», expliquent Mingyang Guo et Fabian Böttcher, post-doctorant et doctorant au 5ème Institut de physique, leurs mesures.
Preuve à l'aide d'ondes sonores
La preuve finale que la matière créée dans l’expérience est bien un surnageant a été obtenue par l’étude de deux types d’ondes sonores se propageant dans le surnageant à différentes vitesses de son. Ces ondes sonores sont très différentes selon les matériaux - dans l’air, par exemple, le son est beaucoup plus lent que dans l’eau. Ce son "normal" se retrouve également dans le corps du supercontest. Parce que le surnageant solide en même temps et est liquide, mais peut également observer une seconde forme caractéristique d’ondes sonores dans laquelle le cristal et le superfluide se déplacent exactement en face de l’autre. Il en résulte des ondes sonores à très basse vitesse, que les chercheurs de Stuttgart ont pu observer pour la première fois de l'expérience.
Des observations d'un super solide ont été rapportées à maintes reprises ces dernières années. Mais ensuite, il s'est avéré que deux types de sons n'avaient pas été mesurés. «Dans cette course mondiale, nous avons réussi pour la première fois à démontrer les trois conditions d'un état suprasolide dans une expérience avec des atomes de dysprosium ultra-froids», déclare joyeusement Tilman Pfau. Pour la première fois, les expériences des chercheurs de Stuttgart ouvrent la possibilité d'étudier en détail les propriétés exotiques des super solides.
La figure a) montre un petit cristal, en c) un superfluide a été préparé à partir des atomes, b) montre la superposition des deux - le super solide. Dans une certaine plage de paramètres, les deux propriétés, qui sont mutuellement exclusives dans le monde classique, solide et liquide, peuvent exister dans une superposition de mécanique quantique.
Contact technique:
Tilman Pfau, Université de Stuttgart, 5. Institut physique, téléphone: + 49 711 685-68025
