Points marquants
- Une couche d'hélium superfluide est déplacée et mesurée par la lumière laser dans un dispositif de 100 microns de long (la largeur d'un cheveu humain).
- Les scientifiques ont enregistré un comportement ondulatoire prédit en théorie mais jamais observé auparavant.
- L'appareil pourrait réduire à quelques millisecondes les jours de collecte de données dans les expériences standard en cuve à ondes.
Des chercheurs australiens ont créé un « océan » microscopique sur une puce de silicium pour miniaturiser l’étude de la dynamique des vagues. Le dispositif, conçu à l’ École de mathématiques et de physique de l’Université du Queensland (UQ), utilise une couche d’hélium superfluide d’à peine quelques millionièmes de millimètre d’épaisseur sur une puce plus petite qu’un grain de riz.
Le Dr Christopher Baker a déclaré qu’il s’agissait du plus petit bassin à vagues au monde, les propriétés quantiques de l’hélium superfluide lui permettant de s’écouler sans résistance, contrairement aux fluides classiques comme l’eau qui sont immobilisés par la viscosité à de telles échelles.
« Mais une grande partie de la physique derrière les vagues et la turbulence restait mystérieuse. En utilisant la lumière laser pour à la fois générer et mesurer les vagues dans notre système, nous avons observé une série de phénomènes frappants.«
« Nous avons vu des vagues qui se penchaient vers l’arrière au lieu de l’avant, des fronts de choc, et des ondes solitaires appelées solitons qui se propageaient comme des dépressions plutôt que des pics. »
« Ce comportement exotique avait été prédit théoriquement mais n’avait jamais été observé auparavant. »
Le professeur Warwick Bowen a ajouté que l’approche à l’échelle de la puce développée au Laboratoire d’optique quantique du Queensland pourrait comprimer la durée des expériences d’un million de fois, réduisant des jours de collecte de données à quelques millisecondes.
« Dans les laboratoires traditionnels, les scientifiques utilisent d’immenses canaux à vagues pouvant atteindre des centaines de mètres de long pour étudier la dynamique des eaux peu profondes comme les tsunamis et les vagues scélérates » a t-il commenté.
« Mais ces installations n’atteignent qu’une fraction de la complexité des vagues trouvées dans la nature.«
« La turbulence et le mouvement non linéaire des vagues façonnent la météo, le climat, et même l’efficacité des technologies d’énergie propre comme les parcs éoliens. »
« Notre dispositif miniature amplifie les non-linéarités qui pilotent ces comportements complexes de plus de 100 000 fois. »
« Pouvoir étudier ces effets à l’échelle de la puce – avec une précision quantique – pourrait transformer notre façon de les comprendre et de les modéliser. »
Le professeur Bowen a indiqué également que le développement de l’UQ ouvre une voie vers l’hydrodynamique programmable.
« Parce que la géométrie et les champs optiques de ce système sont fabriqués en utilisant les mêmes techniques que celles utilisées pour les puces semi-conductrices, nous pouvons concevoir la gravité effective, la dispersion et la non-linéarité du fluide avec une précision extraordinaire. »a-t-il dit.
« Les futures expériences pourraient utiliser cette technologie pour découvrir de nouvelles lois de la dynamique des fluides et accélérer la conception de technologies allant des turbines aux coques de navires. »
« Les expériences sur cette plateforme minuscule amélioreront notre capacité à prédire la météo, à explorer les cascades d’énergie et même la dynamique des tourbillons quantiques – des questions centrales à la fois pour la mécanique des fluides classique et quantique. »
Article : « Nonlinear wave dynamics on a chip » – DOI : 10.1126/science.ady3042
Source : QueensLand U.
