Les cristaux temporels, un ensemble de particules qui « tiquent » – ou oscillent d’avant en arrière selon des cycles répétés – ont d’abord été théorisés puis découverts il y a environ une décennie. Bien que les scientifiques n’aient pas encore créé d’applications commerciales ou industrielles pour cette fascinante forme de matière, ces cristaux sont très prometteurs pour faire avancer l’informatique quantique et le stockage de données, entre autres utilisations.
Au fil des ans, différents types de cristaux temporels ont été observés ou créés, leurs propriétés variées offrant un éventail d’utilisations potentielles.
Une équipe de chercheurs en physique de l’Université de New York a maintenant observé un nouveau type de cristal temporel – dont les particules lévitent sur un coussin de son tout en interagissant entre elles par l’échange d’ondes sonores. Dans ce processus, ces particules défient la troisième loi du mouvement de Newton, qui stipule que pour chaque action d’un objet, il existe une réaction égale et opposée – ce qui signifie que les forces se produisent toujours en paires équilibrées (c’est-à-dire de magnitude égale et de direction opposée). En revanche, dans la découverte de NYU, les particules, ou perles, interagissent de manière plus indépendante et ne sont pas nécessairement liées à des forces équilibrées – elles se déplacent de manière non réciproque.
Ces résultats, qui paraissent dans la revue Physical Review Letters, élargissent les perspectives que ces cristaux offrent pour la technologie et l’industrie. Notamment, ces cristaux temporels, que l’on peut voir à l’œil nu, sont suspendus sur un dispositif d’un pied de haut que l’on peut tenir dans la main.
« Les cristaux temporels sont fascinants non seulement à cause des possibilités qu’ils offrent, mais aussi parce qu’ils semblent si exotiques et complexes », explique le professeur de physique David Grier, directeur du Centre de recherche sur la matière molle de NYU et auteur principal de l’article. « Notre système est remarquable parce qu’il est incroyablement simple. »
La recherche, menée avec Mia Morrell, une étudiante diplômée de NYU, et Leela Elliott, une étudiante de premier cycle de NYU, offre également des éclairages sur nos horloges biologiques – ou rythmes circadiens. En effet, comme les cristaux temporels nouvellement découverts, certains réseaux biochimiques interagissent également de manière non réciproque – y compris la manière dont notre corps fonctionne pour décomposer les aliments.
Le cristal temporel découvert est constitué de perles de polystyrène – semblables à celles utilisées pour le calage – maintenues en suspension par des ondes sonores, qui servaient de « lévitateur acoustique » pour maintenir initialement les perles immobiles en plein air.
« Les ondes sonores exercent des forces sur les particules – tout comme les vagues à la surface d’un étang peuvent exercer des forces sur une feuille flottante », explique Morrell. « Nous pouvons faire léviter des objets contre la gravité en les immergeant dans un champ sonore appelé onde stationnaire. »
Point crucial, lorsque ces particules lévitantes interagissaient entre elles, elles le faisaient en échangeant des ondes sonores diffusées.
Plus précisément, les particules plus grosses diffusent plus de son que les particules plus petites. Par conséquent, une grosse particule influencera une petite particule plus que la petite particule n’influence la grosse. En conséquence, l’interaction entre une petite et une grosse particule est déséquilibrée.
« Imaginez deux ferrys de tailles différentes approchant d’un quai », affirme Morrell. « Chacun crée des vagues d’eau qui poussent l’autre – mais à des degrés différents, selon leur taille. »
De plus, ces interactions médiées par les ondes ne sont pas contraintes par la troisième loi de Newton, permettant aux perles d’osciller spontanément tout en restant suspendues en plein air, marquant un rythme qui équilibre précisément les forces inhabituelles qu’elles subissent.
Article : Nonreciprocal Wave-Mediated Interactions Power a Classical Time Crystal – Journal : Physical Review Letters – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : NY U.
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