Selon un article publié dans la revue Science Advances, des physiciens de Finlande et des États-Unis ont créé et photographié un objet quantique inhabituel, une sorte de vortex magnétique, d'apparence et de propriétés similaires à un éclair de boule ordinaire.
«Il est extrêmement surprenant que nous ayons pu créer un nœud électromagnétique synthétique, un éclair de boule quantique, en utilisant seulement deux flux de courant électrique dirigés de manière opposée. Tout cela suggère que la foudre en boule naturelle de ce type peut également se produire à la suite de coups de foudre conventionnels », explique Mikko Möttönen de l'Université Aalto à Helsinki (Finlande).
Les boules de foudre sont des boules de plasma incandescent chargées d'électricité. Ils apparaissent périodiquement dans l'atmosphère pendant les orages et vivent beaucoup plus longtemps que la foudre ordinaire. Comment exactement ils surgissent et quels processus contrôlent leur mouvement, les scientifiques ne le savent pas encore et se disputent sur leur nature depuis près d'un siècle et demi.
Möttenen et ses collègues suggèrent que la foudre en boule n'est pas seulement électrique, mais aussi de nature quantique, créant un analogue complet de ce "mystère de la nature", en expérimentant les soi-disant skyrmions, objets spéciaux du monde quantique.
Les Skyrmions sont des particules de matière hypothétiques spéciales avec des propriétés magnétiques inhabituelles qui les font ressembler à une sorte de «hérisson» ou de vortex microscopique. Les pointes des aiguilles d'un tel «hérisson» ou le bord d'un ouragan sont chargées positivement, et le corps d'un «animal», ou l'épicentre d'un ouragan, est chargé négativement.
De tels «hérissons» quantiques, selon les physiciens, ont une stabilité extrêmement élevée, ce qui leur permet d'être utilisés comme cellules mémoire durables et économiques pour les ordinateurs de spin et quantiques du futur, ainsi que les ordinateurs conventionnels de notre époque.
Les scientifiques n'ont pas encore découvert ou créé de «vrais» skyrmions, et leurs analogues les plus proches sont des structures bidimensionnelles spéciales à l'intérieur de couches minces faites de matériaux magnétiques ou de substances spéciales, comme le siliciure de manganèse. De tels tourbillons s'y produisent d'eux-mêmes dans des conditions particulières, par exemple à des températures proches du zéro absolu.
Schéma d'un skyrmion tridimensionnel, quasiparticule quantique / Lee et al. / Science Advances 2018.
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Les physiciens finlandais et américains ont créé une nouvelle version de ces particules, qui a une nature tridimensionnelle plutôt que bidimensionnelle, en utilisant une autre substance quantique - le condensat de Bose-Einstein.
C'est une forme inhabituelle de matière dans ses propriétés, semblable au gaz et au liquide, qui se comporte comme un atome géant et possède des propriétés "atomiques" typiques. En règle générale, les scientifiques l'obtiennent en refroidissant un nuage de rubidium et d'autres atomes de métaux alcalins à des températures proches du zéro absolu.
Comme Möttenen et ses collègues l'ont découvert, cet atome artificiel peut être transformé en un analogue tridimensionnel d'un skyrmion en le plaçant à l'intérieur d'un champ magnétique puissant et en modifiant la position du spin de chaque atome réel à l'intérieur d'une manière spéciale. Lorsque ce champ est "désactivé", une structure quantique spéciale apparaît à l'intérieur du condensat de Bose-Einstein, qui a la même configuration de champs électromagnétiques tressés en un nœud que la foudre en boule.
Sa principale propriété inhabituelle, comme le note le physicien, est qu'il existe sous une telle forme pendant une durée inhabituellement longue pour un objet quantique, plusieurs centaines de microsecondes. Ceci, selon Möttenen, suggère que les skyrmions tridimensionnels peuvent être le "cœur" de la foudre en boule, qui vit également anormalement longtemps par rapport aux décharges de foudre ordinaires.
