Des scientifiques créent un vortex quantique géant

Une équipe de chercheurs britanniques est parvenue à créer un puissant vortex quantique à l’intérieur d’un réservoir d’hélium superfluide. D’une taille sans précédent, celui-ci va contribuer à approfondir notre compréhension des trous noirs.

Simulateur quantique

Dans l’environnement proche des trous noirs, la gravité et la mécanique quantique interagissent, entraînant des effets n’étant observables nulle part ailleurs dans le cosmos. « Il existe toute une physique intéressante dans ces régions, dont une grande partie s’avère hors de portée », souligne Silke Weinfurtner, de l’université de Nottingham. « Mais nous pouvons utiliser des simulateurs quantiques pour étudier ces phénomènes. »

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Pour créer leur simulateur, Weinfurtner et ses collègues ont utilisé de l’hélium superfluide, qui s’écoule avec une viscosité extraordinairement faible, 500 fois inférieure à celle de l’eau. Présentant des effets quantiques inhabituels, cette forme se déplaçant sans frottement a été placée dans un réservoir au fond duquel se trouvait une hélice en rotation, qui a formé le fameux vortex quantique géant.

« Bien que des vortex similaires aient déjà été créés, leur force était généralement inférieure de plusieurs ordres de grandeur », souligne Patrik Švančara, co-auteur de la nouvelle étude, pré-publiée sur le serveur arXiv. « La force et la taille du vortex sont cruciales pour générer des interactions avec le reste du fluide qui soient suffisamment importantes pour pouvoir être observées. »

Tour de force expérimental

Le vortex formé dans le cadre de ces travaux mesurait plusieurs millimètres de diamètre, ce qui est beaucoup plus grand que d’autres tourbillons stables créés dans des fluides quantiques par le passé. Selon l’équipe, quelque 40 000 minuscules « quanta de rotation » (essentiellement de petits vortex) ont dû être combinés pour l’obtenir. Ce qui constitue selon Jeff Steinhauer, pionnier des simulations de trous noirs en laboratoire, « un véritable tour de force expérimental ».

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Jusqu’à présent, les chercheurs ont pu observer les interactions de minuscules ondes dans le fluide avec le vortex, comparables à celles des champs cosmiques et des trous noirs en rotation. Les signes d’un phénomène se produisant lorsque deux trous noirs se combinent et que l’un d’entre eux oscille en raison de l’énergie résiduelle de la fusion, ont également été détectés.

Maintenant qu’il est établi que ce type de système expérimental présente des similitudes étroites avec les trous noirs et leur environnement immédiat, l’équipe prévoit d’utiliser les vortex quantiques géants pour étudier des phénomènes encore plus insaisissables.