Des chercheurs de l'Académie chinoise des sciences ont démontré expérimentalement pour la première fois la superfluidité de contre-flux (CSF). Cet état quantique exotique permet à deux composants, tels que différents types d'atomes ou de spins, de s'écouler dans des directions opposées tout en restant parfaitement corrélés. Bien que les deux composants soient superfluides, le système global reste stationnaire et incompressible.
Selon les chercheurs, la CSF servira d'outil significatif pour l'étude et la simulation de systèmes quantiques complexes dans des environnements ultra-froids, en particulier pour explorer de nouvelles phases quantiques et des phénomènes liés au spin.
Bien que le concept de superfluidité de contre-flux ne soit pas nouveau, connu depuis deux décennies, son observation expérimentale a été difficile en raison de défis techniques. La mise en œuvre expérimentale nécessitait une préparation méticuleuse d'états sans défaut et un chauffage minimal pendant les manipulations cohérentes.
Pour atteindre cette phase 'cachée' de CSF, les scientifiques ont créé un système à deux composants utilisant des atomes de rubidium-87 avec deux états de spin différents. Ces atomes ont ensuite été placés dans une grille de lumière laser, les piégeant à des positions spécifiques, ce qui a conduit à la formation d'un isolant de Mott, un matériau fascinant qui, théoriquement, conduit l'électricité mais ne le fait pas en pratique en raison des fortes interactions entre les spins des particules.
En ajustant les interactions entre les atomes à une température d'un nanokelvin (-273,15 °C), les chercheurs ont transitionné d'un état 'gelé' à un état où les deux types d'atomes s'écoulaient dans des directions opposées tout en restant parfaitement équilibrés, confirmant l'existence de la superfluidité de contre-flux.
Pour valider leurs résultats, les chercheurs ont utilisé un microscope à gaz quantique, un outil d'imagerie avancé qui permet aux scientifiques d'observer des atomes individuels au sein d'une grille. Ils ont mesuré les corrélations entre différentes positions et spins des atomes, confirmant la présence de corrélations anti-paires, caractéristiques de la CSF.
Cette observation a confirmé que lorsqu'un atome se déplace dans une direction, un autre atome avec un état de spin opposé se déplace dans la direction opposée. De plus, les chercheurs ont noté des corrélations de longue portée dans les états de spin, indiquant que le système maintenait la cohérence à travers toute la grille, un autre indicateur fort de la phase CSF.
En plus de cette découverte, des mathématiciens de l'Université polytechnique de Tomsk ont développé une nouvelle approche pour décrire des systèmes quantiques non linéaires ouverts en utilisant une approximation quasi-classique. Cette méthode simplifie les équations de Schrödinger, liant la mécanique classique à la physique quantique et améliorant la compréhension des vortex supraconducteurs et de la dynamique des gaz superfluides.
Cette nouvelle méthode permet une meilleure compréhension des processus physiques complexes dans les systèmes ouverts, qui sont plus représentatifs des scénarios du monde réel. Bien que les méthodes traditionnelles rencontrent souvent des limitations, cette approche innovante vise à surmonter certains de ces défis, ouvrant potentiellement la voie à des avancées en technologie quantique.