Un gaz quantique bidimensionnel peut être à la fois solide et fluide

19/08/2021 à 19h33 CEST

Des scientifiques de l’université d’Innsbruck, en Autriche, ont précisé la propriété quantique connue sous le nom de supersolidité dans un gaz qui parvient à être solide et fluide simultanément et en deux dimensions. C’est la première fois qu’une supersolidité bidimensionnelle est obtenue en laboratoire. L’expérience avec ce gaz quantique offre de nombreuses possibilités pour approfondir l’étude de cet état exotique de la matière.

Selon les chercheurs, les gaz quantiques sont idéaux pour découvrir les conséquences microscopiques des interactions dans la matière. Certaines de ces interactions peuvent désormais être contrôlées, par exemple en manipulant des particules individuelles dans des nuages ​​de gaz à des températures extrêmement froides.

Ces études réalisées dans les conditions particulières d’un laboratoire révèlent phénomènes qui ne peuvent être observés dans le monde de tous les jours. Dans l’univers quantique, par exemple, les atomes individuels d’un composé peuvent être complètement délocalisés : cela signifie que le même atome peut exister en tout point du composé à un moment précis.

Briser les paradigmes

La pensée logique nous amènerait à comprendre que chaque atome devrait être dans une seule goutte ou fragment du composé, mais dans l’état quantique dit supersolide, ces caractéristiques changent complètement: chaque particule est délocalisée à travers toutes les gouttes ou fragments, existant simultanément dans chacun d’eux. Par conséquent, un système est formé avec une série de régions à haute densité qui partagent les mêmes atomes délocalisés.

Le nouvel état de la matière n’est pas hypothétique, il a des effets concrets, puisqu’ils peuvent être obtenus matériaux qui se comportent à la fois comme des solides et des fluides: encore une fois, le quantum rompt avec l’idée binaire du monde classique, de la même manière qu’un qubit peut être 0 et 1 simultanément dans un ordinateur quantique.

Aujourd’hui, des chercheurs autrichiens ont réussi à créer un gaz quantique dans un laboratoire montrant les propriétés de la super solidité, mais qui est également présenté dans un bidimensionnel, une fonctionnalité jamais atteinte jusqu’à présent. L’étude a été publiée récemment dans la revue Nature.

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Dans le monde réel

Bien que le super solidité C’est un concept avec 50 ans d’histoire, ce n’est qu’en 2019 que différents groupes de recherche à Pise, Stuttgart et Innsbruck ont ​​pu créer pour la première fois des matériaux supersolides, à partir d’atomes magnétiques dans des gaz quantiques ultrafroids.

Selon un communiqué de presse, la nouvelle étude reprend ce contexte mais obtient une amélioration substantielle : la bidimensionnalité. Profitant de la forte polarité des atomes magnétiques et la façon dont ils interagissent, les spécialistes ont réussi à créer cet état de matière, qui remet une fois de plus en question les conceptions traditionnelles.

L’utilisation de gaz quantique bidimensionnel C’est pour l’instant un pari limité dans le domaine des laboratoires, mais il promet d’élargir les recherches liées à la supersolidité et à d’autres phénomènes quantiques. Selon les chercheurs, cet approfondissement conduira à une compréhension complète de ces phénomènes et permettra de les transférer de plus en plus dans le monde macroscopique et quotidien.

Il ne nous faudra peut-être pas trop de temps pour profiter de ces types de propriétés, qui il y a quelques décennies auraient semblé magiques, dans des objets ou des appareils à usage quotidien. Il est clair que la révolution quantique sera sans aucun doute l’une des plus grandes transformations que le 21ème siècle nous offrira.

Référence

Supersolidité bidimensionnelle dans un gaz quantique dipolaire. Norcia, MA, Politi, C., Klaus, L. et al. Nature (2021) .DOI : https : //doi.org/10.1038/s41586-021-03725-7

photo: gaz quantique supersolide bidimensionnel produit pour la première fois en laboratoire. L’avancée permettra d’élargir les recherches liées à la supersolidité, un état quantique de la matière dans lequel elle peut apparaître à la fois comme un solide et un fluide. Crédit : IQOQI Innsbruck / Harald Ritsch.

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