Des physiciens observent un phénomène étrange et inédit dans un superfluide

Des scientifiques du MIT ont imagé pour la première fois un phénomène thermique étrange dans un superfluide, impliquant la propagation de la chaleur d’une façon similaire aux ondes sonores.

Une première dans un superfluide

Dans les matériaux conventionnels, la chaleur se dissipe progressivement en réchauffant son environnement jusqu’à ce qu’un équilibre soit atteint. Toutefois, il était depuis longtemps prédit qu’elle puisse se déplacer d’une façon contre-intuitive dans un superfluide, état rare de la matière présentant une viscosité quasi nulle.

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Détaillées dans la revue Science, les récentes expériences menées par Richard Fletcher et ses collègues ont offert les premières preuves directes d’un tel comportement, connu sous le nom de « second son », où la chaleur oscille d’avant en arrière à la manière d’une vague, indépendamment du mouvement de la matière physique du matériau.

Pour imager le phénomène, les chercheurs ont utilisé une méthode innovante de détection de la chaleur. La création d’un superfluide impliquant le refroidissement d’un gaz quantique à une température proche du zéro absolu, caractérisée par l’absence de rayonnement infrarouge, l’équipe s’est tournée vers les ondes radio.

For the first time, physicists have captured direct images of “second sound,” the movement of heat sloshing back and forth within a superfluid. https://t.co/AhLzgXei2f pic.twitter.com/aYyELJQBpl

— Massachusetts Institute of Technology (MIT) (@MIT) February 9, 2024

Il s’est avéré que les fermions de lithium-6 du gaz quantique superfluide résonnaient à différentes fréquences en fonction de leur température, ce qui a permis à l’équipe d’enregistrer le « mouvement pur » de la chaleur.

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D’importantes implications

Selon les auteurs de la nouvelle étude, l’observation de ce phénomène étrange contribue non seulement à éclairer la façon dont la chaleur se déplace à travers les superfluides, mais également d’autres matériaux connexes (supraconducteurs) ainsi que les étoiles à neutrons.

« Nous sommes désormais capables de mesurer précisément leur conductivité thermique, ce qui pourrait conduire au développement de meilleurs systèmes », conclut Martin Zwierlein.