À presque la température la plus froide possible - le mercure (à l'aide d'hélium liquide) - forme un état appelé supraconductivité. Jusqu'à maintenant…
Lorsqu'il est amené à quelques degrés du zéro absolu sur l'échelle Kelvin (moins 273 degrés Celsius ou moins 460 degrés Fahrenheit), l'hélium-4 liquide se transforme en un état superfluide remarquable. Il tourbillonne, il s'enroule et son manque de corps déconcerte les scientifiques depuis près d'un siècle. Maintenant, une équipe dirigée par un physicien de l'Université de Washington, utilisant le supercalculateur le plus puissant disponible pour la science ouverte, a préparé une image théorique qui explique le comportement en temps réel du superfluide. Mais qui est la partie responsable ici? Essayez les particules subatomiques appelées fermions.
Les femions font partie intégrante de l'équation naturelle en tant qu'électrons, protons et neutrons… tout comme les superfluides font partie des étoiles à neutrons. Tournant entre une et 1 000 fois par seconde, la surface superfluide des étoiles à neutrons - ou pulsars - agit très différemment de son homologue ici sur Terre. À mesure que la vitesse augmente, elle forme une série de petits tourbillons qui se regroupent dans un motif triangulaire… qui à son tour forme une tresse dans la structure superfluide. "Lorsque vous atteignez la bonne vitesse, vous allez créer un vortex au milieu", a déclaré Bulgac. «Et en augmentant la vitesse, vous augmenterez le nombre de tourbillons. Mais cela se produit toujours par étapes. »
La science peut-elle la recréer? Oui. Les modèles de laboratoire utilisant une chambre à vide et un faisceau laser pour créer un champ électrique de haute intensité ont réussi à refroidir un petit échantillon, peut-être 1 million d'atomes, à des températures proches du zéro absolu. Ensuite, une «cuillère laser» est utilisée pour remuer le superfluide assez rapidement pour créer des tourbillons.
"En essayant de comprendre le comportement étrange, les scientifiques ont tenté de concevoir des équations descriptives, telles que celles qu'ils pourraient utiliser pour décrire l'action tourbillonnante dans une tasse de café alors qu'elle est agitée." Dit Bulgac. «Mais pour décrire l'action dans un superfluide constitué de fermions, un nombre presque illimité d'équations est nécessaire. Chacun décrit ce qui se passe si une seule variable - comme la vitesse, la température ou la densité - est modifiée. Parce que les variables sont liées, si l'une change, d'autres changeront également. »
L'un des défis majeurs dans la formulation d'une hypothèse mathématique est la quantité de puissance de calcul qu'il faudrait pour résoudre un problème avec un certain nombre de changements variables qui ont atteint 1 billion ou plus. Alors, comment l'ont-ils fait? L'équipe a utilisé l'ordinateur JaguarPF au Oak Ridge National Laboratory dans le Tennessee, l'un des plus grands supercalculateurs au monde, pour l'équivalent de 70 millions d'heures, ce qui nécessiterait près de 8 000 ans sur un ordinateur personnel monocœur (JaguarPF en possède près d'un quart -million de noyaux). Essayez juste de refroidir ça!
"Cela vous indique la complexité de ces calculs et à quel point cela est difficile", a déclaré Bulgac. Pour rendre les choses encore plus complexes, plus le superfluide est agité rapidement, plus il perd ses propriétés, mais pas aussi vite que prévu. "Le travail signifie que les chercheurs peuvent" dans une certaine mesure "étudier les propriétés d'une étoile à neutrons à l'aide de simulations informatiques." Dit Bulgac. "Il ouvre également de nouvelles directions de recherche en physique des atomes froids."
Et plus de devoirs de notre part.
Source de l'histoire originale: Université de Washington.
