Représentation des particules exotiques mises en évidence par les chercheurs — © Lancaster University

Des physiciens de l’université de Lancaster, au Royaume-Uni, sont récemment parvenus à déterminer la raison pour laquelle la vitesse des objets se déplaçant dans l’hélium 3 superfluide n’était pas limitée. Explications.

De biens étranges particules

Possédant un neutron en moins, l’hélium 3 est un isotope rare de l’hélium qui possède la particularité de devenir superfluide à des températures extrêmement basses. Un état quantique de la matière qui lui confère des propriétés inhabituelles, telles que l’absence de friction pour les objets en mouvement.

Alors que les chercheurs estimaient au départ que la vitesse des objets se déplaçant dans l’hélium 3 superfluide était fondamentalement limitée, et que le dépassement de la vitesse critique de Landau entrainerait la « destruction » du superfluide, des expériences menées à l’université de Lancaster avaient montré qu’il ne s’agissait pas d’une règle stricte et que les objets pouvaient se déplacer à des vitesses beaucoup plus élevées sans détruire ce fragile état.

Dans le cadre de nouveaux travaux récemment présentés dans la revue Nature Communications, des chercheurs de l’université britannique ont enfin identifié la raison de l’absence de limite de vitesse : des particules exotiques adhérant à l’ensemble des surfaces plongées dans le superfluide. Selon eux, de nombreuses applications technologiques exploitant ces étranges particules seraient envisageables, en particulier dans le domaine de l’informatique quantique.

Hélium liquide dans un récipient

« L’hélium 3 superfluide s’apparente à du vide lorsqu’une tige le traverse »

Afin que les particules liées soient visibles, les chercheurs ont refroidi l’hélium 3 superfluide à un dix millième de degré près par rapport au zéro absolu (0,0001K ou -273,15 °C). Ils ont ensuite déplacé une tige à travers le superfluide à grande vitesse, et ont mesuré la force nécessaire pour réaliser un tel mouvement. À l’exception d’une résistance infime liée au déplacement des particules liées lorsque la tige a commencé à bouger, celle-ci était nulle.

« Bien qu’il s’agisse d’un liquide relativement dense, l’hélium 3 superfluide s’apparente à du vide lorsqu’une tige le traverse », s’étonne le Dr Samul Autti, auteur principal de l’étude. « Il n’y a absolument aucune résistance, ce qui est très intrigant. »

« En faisant varier la direction du mouvement appliquée à la tige, nous avons pu conclure que cette dernière était isolée du superfluide par les particules liées la recouvrant, même lorsque la vitesse était très élevée », ajoute de son côté Ash Jennings, co-auteur de l’étude. « Les particules liées doivent initialement se déplacer pour y parvenir, ce qui exerce une contrainte minuscule sur la tige, mais une fois que cela est fait, elle disparait complètement », conclut Dmitry Zmeev, qui a supervisé les recherches.

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