Des physiciens ont créé un canon à vortex électromagnétique

Les scientifiques viennent de franchir une étape décisive en créant un canon à vortex électromagnétique, une innovation qui pourrait avoir des répercussions considérables, notamment dans le domaine des communications. Cette invention, qui combine deux phénomènes, à savoir les anneaux tourbillonnaires et l’électromagnétisme, marque une avancée significative pour la science et la technologie. Les résultats de l’étude sont publiés dans Applied Physics Reviews.

Comprendre les anneaux tourbillonnaires

Les anneaux tourbillonnaires, ou vortex, sont des phénomènes bien connus dans le domaine de la physique des fluides. Ils se forment généralement lorsqu’un jet se déplace à grande vitesse dans un fluide, qu’il s’agisse d’air ou d’eau. Ce mouvement rapide crée des forces de friction avec le fluide environnant, ce qui engendre une différence de pression. Cette variation de pression entraîne la formation d’un anneau en rotation, connu sous le nom de vortex.

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Dans la nature, ces vortex se forment souvent, comme dans le cas des tourbillons d’eau ou même des mouvements atmosphériques. Un gradient de vitesse se forme et entraîne l’enroulement des couches internes autour des couches externes, formant un tourbillon en forme d’anneau. Ce processus se produit en quelques dixièmes de seconde, ce qui a pour effet de propulser l’anneau dans l’air sous l’effet d’une impulsion. 

L’anneau tourbillonnaire, une fois formé, s’élève dans l’atmosphère sous l’effet combiné de son propre élan, de la force thermique et de l’inertie du fluide en rotation. L’anneau ralentit et se refroidit au fur et à mesure de son ascension en raison du transfert de chaleur et de la diffusion avec l’air environnant.

L’électromagnétisme appliqué aux vortex

L’idée de combiner ces anneaux tourbillonnaires avec l’électromagnétisme est ancienne, mais n’avait jusqu’à présent jamais été concrétisée. En 1996, les physiciens R. W. Hellwarth et P. Nouchi avaient théorisé la possibilité de créer des « impulsions de beignets focalisés », aussi appelés « donuts volants », à partir des équations de Maxwell. Ces structures électromagnétiques en forme de vortex avaient un potentiel immense, notamment pour les technologies de communication sans fil. Cependant, jusqu’à aujourd’hui, ces vortex électromagnétiques n’avaient jamais été observés directement. 

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Dans leur étude récente, une équipe internationale de physiciens a démontré la création d’impulsions toroïdales micro-ondes, un type de vortex électromagnétique. Pour y parvenir, ils ont utilisé une antenne cornet à large bande, capable de lancer ces impulsions dans l’espace libre. Ce système fonctionne comme une version électromagnétique d’un « canon à tourbillons d’air ». Grâce à ce générateur, les chercheurs ont pu cartographier les structures topologiques complexes des vortex électromagnétiques.

Le processus de création de ces anneaux électromagnétiques repose sur des antennes coaxiales coniques, spécialement conçues pour générer une onde électromagnétique en rotation. En émettant des signaux via cette antenne, il est possible de créer une différence de pression similaire à celle observée dans les anneaux tourbillonnaires des fluides. Les impulsions ainsi formées conservent leur structure sur des distances considérables, tout en résistant aux perturbations environnantes.

L’un des aspects les plus fascinants de cette découverte réside dans la capacité de ces vortex à maintenir leur intégrité, même lorsqu’ils rencontrent des obstacles ou des perturbations environnementales. Cette résilience est liée à la structure complexe des impulsions, notamment la présence de skyrmions, des entités topologiques qui renforcent la robustesse du vortex électromagnétique.

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Un potentiel immense 

Les vortex électromagnétiques, en raison de leur structure unique, pourraient révolutionner les systèmes de communication. En effet, les ondes traditionnelles utilisées aujourd’hui pour la transmission de données sont limitées par leur fréquence et leur capacité à transporter des informations. En revanche, les anneaux tourbillonnaires, avec leurs caractéristiques spectrales et de polarisation, pourraient offrir des moyens beaucoup plus efficaces de transporter de grandes quantités d’informations.

Outre les communications, le canon à vortex électromagnétique pourrait également trouver des applications dans des domaines aussi variés que la télédétection et la détection de cibles. En analysant les motifs spécifiques créés par ces vortex, il serait possible de développer des systèmes de détection plus précis et plus fiables, capables de localiser des objets ou des cibles avec une grande exactitude.

Par ailleurs, la marine chinoise teste un canon hypersonique sur rail.

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