Les physiciens ont capturé des images du « deuxième son » de la chaleur. Quoi?

Des physiciens du MIT ont repéré le deuxième bruit d'un superfluide. En plus d'être agréablement allitératif, le phénomène peut expliquer comment la chaleur se déplace à travers certains matériaux rares sur Terre et dans les profondeurs de l'espace.

Un superfluide est un état de la matière qui s'écoule sans friction. Cela se produit à des températures proches du zéro absolu, où le mouvement des atomes est considérablement réduit. Dans certains matériaux, notamment les superfluides comme le gaz quantique des atomes de lithium, utilisé par l'équipe récente, la chaleur se propage comme une onde au lieu de se diffuser.

« C'est comme si vous aviez un réservoir d'eau et que vous en faisiez presque bouillir la moitié », a déclaré Richard Fletcher, physicien au MIT et co-auteur de l'étude, dans un article. Sortie du MIT. « Si vous observez ensuite, l'eau elle-même peut sembler totalement calme, mais tout à coup, l'autre côté est chaud, puis l'autre côté est chaud, et la chaleur va et vient, tandis que l'eau semble totalement immobile. »

Le physicien américano-hongrois László Tisza, également du MIT, a suggéré en 1938 que les superfluides contiennent également des fluides normaux. Dans ce mélange, les ondes de densité sont le « premier son » et le mouvement ondulatoire de la température est le « deuxième son ».

À des températures aussi glaciales, aucun rayonnement infrarouge n’est émis pour signaler le mouvement de la chaleur. Les chercheurs ont plutôt observé le mouvement de la chaleur aux fréquences radio ; plus la température des atomes est élevée, plus la fréquence à laquelle ils résonneront est élevée.

« Pour la première fois, nous pouvons prendre des photos de cette substance pendant que nous la refroidissons à la température critique de la superfluidité, et voir directement comment elle passe du statut de fluide normal, où la chaleur s'équilibre de manière ennuyeuse, à un superfluide où la chaleur circule d'avant en arrière. », a déclaré Martin Zwierlein, physicien au MIT qui a dirigé la nouvelle recherche.

Leur superfluide – une collection de fermions de lithium surfondus – était un million de fois plus mince que l'air, a ajouté Zwierlein. En suivant le mouvement de la chaleur à travers les fermions en fonction de leur résonance, l’équipe a observé pour la première fois le mouvement ondulatoire – le deuxième son. Les conclusions sont publié dans la revue Science.

L’équipe pense que leur examen minutieux du flux de chaleur dans le lithium peut être utilisé pour déterminer le flux de chaleur dans les supraconducteurs à haute température, ou même dans les étoiles à neutrons, les reliques bouillonnantes et ultra-denses des étoiles ordinaires. Étoile à neutrons on pense que les intérieurs sont constitués de liquides quantiques en interaction, et certains physiciens ont émis l'hypothèse qu'ils peuvent être des sources de matière noire axionique.

Quelle que soit la physique bizarre qui reste à découvrir au cœur des étoiles, une meilleure compréhension du mouvement de la chaleur à travers des matériaux à faible résistance pourrait améliorer la capacité des ingénieurs à construire des supraconducteurs à température ambianteun objectif tant vanté de la recherche énergétique.

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