En juin 2017, les physiciens ont été les pionniers de la production de «lumière liquide» à température ambiante, rendant cette forme étrange de matière plus accessible que jamais.
Une telle matière est à la fois une substance superfluide sans friction ni viscosité et un type de condensat de Bose-Einstein, parfois décrit comme le cinquième état de la matière, permettant à la lumière de circuler réellement autour des objets et des coins.
La lumière ordinaire se comporte comme une onde et parfois comme une particule, voyageant toujours en ligne droite. C'est pourquoi nous ne pouvons pas voir ce qu'il y a derrière les coins ou les objets. Mais dans des conditions extrêmes, la lumière est capable de se comporter comme un liquide et de circuler autour des objets.
Les condensats de Bose-Einstein sont intéressants pour les physiciens car dans cet état, les règles passent de la physique classique à la physique quantique et la matière commence à acquérir des propriétés plus ondulatoires. Ils se forment à des températures proches du zéro absolu et n'existent que pendant une fraction de seconde.
Cependant, dans une nouvelle étude, les scientifiques ont rapporté la création d'un condensat de Bose-Einstein à température ambiante en utilisant une combinaison «de type Frankenstein» de lumière et de matière.
Le flux Polariton entre en collision avec un obstacle dans les états non superfluides (haut) et superfluides (bas) / Polytechnique Montréal.
«Une observation extraordinaire dans notre travail est que nous avons démontré comment la superfluidité peut également se produire à température ambiante dans des conditions ambiantes en utilisant des particules de lumière et de matière - des polaritons», explique le chercheur principal Daniel Sanvitto du CNR NANOTEC, l'Institut italien de nanotechnologie.
La création de polaritons nécessitait un équipement sérieux et une ingénierie à l'échelle nanométrique. Les scientifiques ont posé une couche de 130 nanomètres de molécules organiques entre deux miroirs ultra-réfléchissants et l'ont frappée avec une impulsion laser de 35 femtosecondes (une femtoseconde équivaut à un quadrillion de seconde).
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«De cette façon, nous pouvons combiner les propriétés des photons, comme leur masse efficace à la lumière et leur vitesse élevée, avec de fortes interactions dues aux protons à l'intérieur des molécules», explique Stephen Kena-Cohen de l'École polytechnique de Montréal.
Le "super-fluide" résultant a montré des propriétés plutôt inhabituelles. Dans des conditions standard, le fluide crée des ondulations et des tourbillons lors de l'écoulement. Cependant, dans le cas du superfluide, les choses sont différentes. Comme le montre l'image ci-dessus, généralement le flux de polariton est perturbé comme des ondes, mais pas dans un superfluide:
«Dans un superfluide, cette turbulence n'est pas supprimée autour des obstacles, ce qui permet au flux de continuer inchangé», explique Kena-Cohen.
Les chercheurs affirment que les résultats ouvrent de nouvelles possibilités non seulement pour l'hydrodynamique quantique, mais aussi pour les dispositifs polaritoniques à température ambiante pour les technologies futures - par exemple, pour la production de matériaux supraconducteurs pour les panneaux solaires et les lasers.
Vladimir Mirny
