Night Starry Night: Physiciens capturent l'instabilité et les « tourbillons » qui rappellent le chef-d'œuvre de Van Gogh

Découverte historique dans les superfluides: l'instabilité de Kelvin – Helmholtz Quantum, avec un tourbillon de type croissant similaire à la nuit étoilée observée pour la première fois

Le ciel turbulent de « Starry Night » de Vincent Van Gogh l'a fait rêver pendant les générations, mais aujourd'hui fascine également la physique. Ces spirales de couleur et le grand croissant de lune se souviennent étonnamment d'un phénomène qui vient d'être observé pour la première fois en laboratoire: l'instabilité de Kelvin – Helmholtz dans un liquide quantique.

Un groupe de chercheurs de l'Ossaka Metropolitan University et du Corée Advanced Institute of Science and Technology a capturé des images de minuscules tourbillons avec une forme inhabituelle, appelée Skymons fractionnaires excentriques. Leur courbure rappelle tellement la lune peinte par Van Gogh que l'un des scientifiques les a mis par rapport à la comparaison directe.

De la mer Stormy aux gaz ultrafreddi: comment le phénomène est né

Si vous pensez au vent qui a altéré la surface de la mer, vous aurez une image intuitive de l'instabilité de Kelvin – Helmholtz. Dans les fluidinamiques classiques, ce phénomène apparaît lorsque deux couches de fluide s'écoulent à différentes vitesses, générant des vagues et des tourbillons. La même chose se produit dans les nuages qui se penchent et se déroulent dans le ciel ou lorsque le lait et la mousse du mélange de cappuccino créant de petites spirales.

En laboratoire, cependant, il n'y avait ni eau ni air. Les chercheurs ont refroidi le gaz au lithium jusqu'à très peu de milliards de grade au-dessus du zéro absolu, donnant vie à un condensat de composant multitique Bose -einstein, c'est-à-dire à un superfluide quantique. Ici, deux flux de particules coulaient à différentes vitesses, formant un motif ondulé similaire à ce que nous voyons sur les vagues de la mer. Mais au lieu de s'arrêter à cela, la mécanique quantique a pris le dessus, transformant les ondes en tourbillons réglementés par des lois topologiques et générant des structures jamais vues auparavant.

Les Skyrmion sont déjà connus pour être de petites structures stables présentes dans certains matériaux magnétiques, conçus pour des applications dans la spintronique et les souvenirs magnétiques. La nouveauté est qu'une version n'a jamais été observée dans cette expérience: les skymons fractionnaires excentriques, ou EFS.

Pour les imaginer, pensez à une fine tranche d'orange: leur forme incurvée rappelle un petit coin. À l'intérieur, comme s'il s'agissait d'un fil de tissu avec un nœud, ils contiennent des points de rupture qui brisent la régularité de leur ordre interne. Ils se déplacent d'une manière inhabituelle, un peu comme les feuilles transportées par les courants d'eau qui changent soudainement de direction.

Selon Hiromitsu Takeuchi, l'un des auteurs de l'étude, la similitude avec l'art est claire:

Le grand croissant de lune dans la partie supérieure droite de la nuit étoilée est identique à un EFS.

Parce que cette découverte est également importante pour l'avenir

Cette observation n'est pas seulement une curiosité pour les amateurs de physique. Comprendre comment les EFS se comportent pourrait améliorer notre connaissance des systèmes quantiques complexes et conduire à de nouvelles applications technologiques. L'équipe espère effectuer des mesures encore plus précises pour vérifier les prédictions déjà faites au XIXe siècle sur la longueur d'onde et la fréquence des vagues générées par l'instabilité de Kelvin – Helmholtz.

De plus, la présence d'une singularité interne dans les EFS pourrait remettre en question les classifications actuelles des défauts topologiques et ouvrir la voie à découvrir des structures similaires dans d'autres systèmes multi-composants ou dans des contextes plus de taille.

Source: physique de la nature