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Des vortex géants quantiques

Quiconque a vidé une baignoire ou mélangé de la crème dans du café a vu un vortex, une formation omniprésente qui apparaît lorsque le fluide circule. Ces structures rotatives sont aussi utiles et étudiées en physique quantique.

Deux chercheurs de l’Université de Cambridge ont découvert un mécanisme théorique par lequel les vortex quantiques géants sont non seulement stables, mais se forment par eux-mêmes dans des fluides par ailleurs presque uniformes. Les résultats observés ouvriraient la voie à des expériences qui pourraient fournir un aperçu de la nature des trous noirs en rotation qui ont des similitudes avec des vortex quantiques géants.

Pour ce faire, Samuel Alperin et Natalia Berloff ont utilisé un hybride quantique de lumière et de matière, appelé polariton. Ces particules sont formées en projetant une lumière laser sur des matériaux spécialement stratifiés. « Lorsque la lumière est piégée dans les couches, la lumière et la matière deviennent inséparables, et il devient plus pratique de regarder la substance résultante comme quelque chose qui est distinct de la lumière ou de la matière, tout en héritant des propriétés des deux », a déclaré Samuel Alperin, doctorant au département de mathématiques appliquées et de physique théorique de Cambridge.

Les chercheurs, qui ne sont qu’au début de leurs travaux sur les vortex quantiques géants, ont pu simuler la collision de plusieurs vortex quantiques alors qu’ils dansent les uns autour des autres à une vitesse toujours croissante jusqu’à ce qu’ils se heurtent pour former un seul vortex géant analogue à la collision de trous noirs.  Ils ont également expliqué les instabilités qui limitent la taille maximale du vortex tout en explorant la physique complexe du comportement du vortex.

« Ces structures ont des propriétés acoustiques intéressantes : elles ont des résonances acoustiques qui dépendent de leur rotation, donc elles chantent en quelque sorte des informations sur elles-mêmes. Mathématiquement, c’est assez analogue à la façon dont les trous noirs en rotation émettent des informations sur leurs propres propriétés. »
https://www.cam.ac.uk/research