Des physiciens ont utilisé un nouveau centrifugeur optique pour contrôler la rotation de molécules en suspension dans des nanogouttelettes d’hélium liquide, les rapprochant ainsi d’un pas de plus vers la démystification du comportement des superfluides exotiques et sans friction.
C’est la première démonstration d’une rotation contrôlée à l’intérieur d’un superfluide—les chercheurs peuvent désormais définir directement la direction et la fréquence de la rotation de la molécule, ce qui est essentiel pour étudier comment les molécules interagissent avec l’environnement quantique à différentes fréquences de rotation. La méthode a été décrite cette semaine par des chercheurs de l’Université de la Colombie-Britannique (UBC) et leurs collègues de l’Université de Fribourg dans la revue Physical Review Letters.
« Contrôler la rotation d’une molécule dissoute dans n’importe quel fluide est un défi », a déclaré le Dr Valery Milner, professeur associé au département de physique et d’astronomie de l’UBC et auteur principal de l’article.
« Les molécules dissoutes interagissent avec les constituants atomiques ou moléculaires du fluide, devenant effectivement plus grosses et plus difficiles à faire tourner. Imaginez fabriquer une boule de neige : il est très facile de la déplacer lorsqu’elle est petite, mais cela devient de plus en plus difficile à mesure que plus de neige s’y attache. »
Les superfluides comme l’hélium liquide sont des états exotiques de la matière, à une température proche du zéro absolu, qui s’écoulent sans viscosité. Mais malgré l’absence de friction, ils agissent bel et bien comme des solvants.
« La question d’intérêt dans la science de la matière quantique, et que cette nouvelle approche nous aidera à explorer, est de savoir ce qui change du point de vue de la molécule solvatée—dissoute—lorsque l’on passe d’un fluide normal à ce type de superfluide quantique », ajoute le Dr Milner.
Une nouvelle approche pour les centrifugeuses optiques
Les centrifugeuses optiques conventionnelles ont déjà été utilisées pour faire tourner et étudier des molécules dans des gaz en projetant une impulsion laser rotative sur celles-ci. Les molécules dans le gaz s’alignent avec le champ électrique du faisceau et tournent avec l’impulsion. Mais la technique n’avait pas encore fonctionné avec des molécules en suspension dans un superfluide.
Le Dr Milner et son équipe ont intégré les molécules dans des nanogouttelettes d’hélium dopées avec des dimères d’oxyde nitrique et ont introduit un court délai entre les impulsions laser. Cela a créé une interférence produisant une vitesse de rotation beaucoup plus faible et constante, augmentant ainsi la « capacité à tourner » de la molécule.
Avec la nouvelle approche, l’équipe va maintenant s’attacher à balayer la fréquence de rotation (en utilisant le nouveau « bouton de contrôle » offert par le centrifugeur novateur) autour d’une fréquence critique, au-delà de laquelle la rotation moléculaire devrait se dégrader beaucoup plus rapidement en raison de la rupture de la superfluidité.
« On ne comprend pas bien comment et quand—par exemple à quelle fréquence—cette transition se produira à une échelle atomique aussi infime », explique le Dr Milner. « C’est le domaine clé que nous étudions actuellement. »
La recherche a été soutenue par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, la Fondation canadienne pour l’innovation et le Fonds de développement des connaissances de la Colombie-Britannique.
Journal : Physical Review Letters – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : British Columbia U.
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