Des physiciens ont réussi à toucher  un superfluide quantique !

Dans le domaine de la physique, il existe un état mystérieux de la matière qui défie la compréhension du monde physique : le superfluide quantique. Si un tel état de la matière est difficilement observable, des scientifiques ont tout de même tenté de le reproduire et ont réussi à simuler ce qui se passerait si on le touchait.

Le superfluide quantique, qu’est-ce que c’est ?

Un superfluide quantique est un état de la matière remarquable qui défie la physique classique et fonctionne selon les règles déroutantes de la mécanique quantique. À la base, il s’agit d’une phase unique de la matière qui présente simultanément deux caractéristiques extraordinaires : un écoulement parfait sans friction et une cohérence quantique. Cela signifie que lorsqu’une substance devient superfluide, elle peut s’écouler sans aucune résistance, même en boucle fermée, et tout cela sans perte d’énergie.

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C’est comme si le fluide défiait les lois normales de la viscosité et se déplaçait comme s’il était composé d’innombrables particules individuelles fonctionnant en parfaite harmonie. Ce flux sans friction est une marque de superfluidité. Les superfluides quantiques peuvent être trouvés ici-bas dans des matériaux spécifiques et sous certaines conditions. Certaines des substances les plus connues où la superfluidité quantique a été observée comprennent l’hélium-3, l’hélium-4 et le gaz atomique ultra-froid.

C’est comme si l’on touchait du vide

S’il y a beaucoup de questions que l’on peut se poser à propos des superfluides, l’une d’entre elles est la suivante : qu’est-ce qu’on ressent lorsqu’on touche cet état de la matière ? Nous avons tous une idée de ce que l’on ressent en touchant un liquide. Mais qu’en est-il d’un superfluide ? Les chercheurs de l’université de Lancaster au Royaume-Uni ont essayé de fournir une réponse à cette question. Pour ce faire, les chercheurs ont immergé une sonde de la taille d’un doigt dans de l’hélium-3 refroidi juste au-dessus du zéro absolu.

Ils ont ensuite observé les propriétés physiques et le comportement thermodynamique du superfluide grâce à un résonateur mécanique intégré dans la sonde. Selon les résultats de l’étude publiée dans la revue Nature Communication, les chercheurs ont découvert qu’il y avait dans le superfluide un comportement particulier par lequel la surface du superfluide crée une couche bidimensionnelle indépendante qui dissipe la chaleur de la sonde avec laquelle il interagit. Sous cette couche superficielle, le superfluide ressemble presque à du vide et est dépourvu de toute sensation tactile perceptible.

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Autrement dit, toucher un superfluide équivaudrait à toucher une surface en 2D, sans cependant être en mesure de ressentir la majeure partie de la matière avec laquelle on interagit. En plus de fournir une réponse à une question qui perdure depuis plus de 100 ans, cette étude apporte de nouvelles informations pour la compréhension de la superfluidité. « Ces conditions expérimentales sont extrêmes et les techniques compliquées, mais je peux maintenant vous dire ce que vous ressentiriez si vous pouviez mettre la main dans ce système quantique », a déclaré Samuli Autti, auteur principal de l’étude. « Cela redéfinit également notre compréhension du superfluide hélium-3 », a-t-il ajouté.