Desscientifiques observent la première « pluie quantique »
par le CNR-INO
Simulations numériques de l'expérience reproduisant la dynamique de rupture d'une gouttelette quantique. Crédit : CNR-INO
Au Laboratoire des Mélanges Quantiques de l'Institut National d'Optique (CNR-INO), une équipe de chercheurs du CNR, de l'Université de Florence et du Laboratoire Européen de Spectroscopie Non Linéaire (LENS) a observé le phénomène d'instabilité capillaire dans un liquide non conventionnel : un gaz quantique ultradilué. Ce résultat a des implications importantes pour la compréhension et la manipulation de nouvelles formes de matière.
La recherche, publiée dans Physical Review Letters, a également impliqué des chercheurs des universités de Bologne, de Padoue et du Pays Basque (UPV/EHU).
En physique, il est connu que la tension superficielle d'un liquide, causée par les forces de cohésion intermoléculaires, tend à minimiser la surface. Ce mécanisme est responsable de phénomènes macroscopiques tels que la formation de gouttes de pluie ou de bulles de savon.
La tension superficielle est à l'origine de l'instabilité capillaire, également appelée instabilité de Plateau-Rayleigh, où un mince jet liquide se brise et forme une succession de gouttes. L'étude et la compréhension de ce phénomène ont des implications importantes dans les domaines industriel, biomédical et des nanotechnologies.
Dans les gaz atomiques refroidis à des températures proches du zéro absolu, les atomes perdent leur individualité et obéissent aux lois de la mécanique quantique. Sous certaines conditions, ces systèmes se comportent comme des liquides, tout en restant à l'état gazeux.
De fait, depuis quelques années, les scientifiques sont capables, en contrôlant précisément les interactions interatomiques, de créer des gouttelettes autoliées, liquides, à partir de gaz ultra-froids. Ces petits amas d'atomes, stabilisés par des effets quantiques, partagent des propriétés avec les gouttes liquides classiques.
Grâce à des techniques d'imagerie et de manipulation optique, l'équipe expérimentale, dirigée par Alessia Burchianti (chercheuse au Cnr-Ino), a étudié l'évolution dynamique d'une gouttelette quantique unique créée à partir d'un mélange ultra-froid d'atomes de potassium et de rubidium.
La gouttelette libérée dans un guide d'ondes optique s'allonge, formant un filament qui, au-delà d'une longueur critique, se fragmente en gouttelettes plus petites. Le nombre de sous-gouttelettes est proportionnel à la longueur du filament au moment de la fragmentation.
« En combinant expériences et simulations numériques, il a été possible de décrire la dynamique de fragmentation d'une gouttelette quantique en termes d'instabilité capillaire. L'instabilité de Plateau-Rayleigh est un phénomène courant dans les liquides classiques, également observé dans l'hélium superfluide, mais pas encore dans les gaz atomiques », explique Chiara Fort (chercheuse à l'UNIFI), qui a contribué à la recherche.
« Les mesures réalisées dans notre laboratoire permettent une compréhension approfondie de cette phase liquide particulière et ouvrent la voie à la création de réseaux de gouttelettes quantiques pour de futures applications en technologies quantiques », ajoute Luca Cavicchioli (chercheur au Cnr-Ino), premier auteur de l'article.
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RESUME
Des scientifiques observent la première « pluie quantique »
Au Laboratoire des Mélanges Quantiques de l'Institut National d'Optique (Cnr-Ino), une équipe de chercheurs du Cnr, de l'Université de Florence et du Laboratoire Européen de Spectroscopie Non Linéaire (LENS) a observé le phénomène d'instabilité capillaire dans un liquide non conventionnel : un gaz quantique ultradilué. Ce résultat a des implications importantes pour la compréhension et la manipulation de nouvelles formes de matière.
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COMMENTAIRES
Que se passe t il quand on fait '' craquer'' le interactions atomiques superficielles ???
Savoir analyser ce qui peut se produire dahs ces milieux yltea froids en maitière de rupture de tension superficielle voilà un sujet de jolies maips de laboratoire ...si l "on arrive à se doter des moyens optiques adéquats ! Mais attention c est de la belle petite physique nouvelle de labo !
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More information: L. Cavicchioli et al, Dynamical Formation of Multiple Quantum Droplets in a Bose-Bose Mixture, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.093401. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2409.16017
Journal information: Physical Review Letters , arXiv
Provided by CNR-INO
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