Enfin résolu ! Le grand mystère du mouvement tourbillonnaire quantifié : Expliquer l’interaction entre les tourbillons quantifiés et les fluides normaux

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L’hélium-4 liquide, qui est dans un état superfluide à des températures cryogéniques proches du zéro absolu (-273°C), possède un vortex spécial appelé vortex quantifié qui provient d’effets mécaniques quantiques. Lorsque la température est relativement élevée, le fluide normal existe simultanément dans l’hélium superfluide, et lorsque le vortex quantifié est en mouvement, un frottement mutuel se produit entre lui et le fluide normal. Cependant, il est difficile d’expliquer précisément comment un vortex quantifié interagit avec un fluide normal en mouvement. Bien que plusieurs modèles théoriques aient été proposés, il n’a pas été clair quel modèle est correct.

Un groupe de recherche dirigé par le professeur Makoto Tsubota et le professeur adjoint spécialement nommé Satoshi Yui, de la Graduate School of Science et du Nambu Yoichiro Institute of Theoretical and Experimental Physics, Osaka Metropolitan University respectivement en coopération avec leurs collègues de la Florida State University et de la Keio University, étudié numériquement l’interaction entre un vortex quantifié et un fluide normal. Sur la base des résultats expérimentaux, les chercheurs ont choisi le plus cohérent de plusieurs modèles théoriques. Ils ont constaté qu’un modèle qui tient compte des changements dans le fluide normal et incorpore un frottement mutuel plus précis sur le plan théorique est le plus compatible avec les résultats expérimentaux.

« Le sujet de cette étude, l’interaction entre un vortex quantifié et un fluide normal, est un grand mystère depuis que j’ai commencé mes recherches dans ce domaine il y a 40 ans », a déclaré le professeur Tsubota. « Les progrès informatiques ont permis de résoudre ce problème, et la brillante expérience de visualisation de nos collaborateurs de la Florida State University a conduit à une percée. Comme c’est souvent le cas en science, les développements ultérieurs de la technologie ont permis d’élucider, et cette étude en est un bon exemple. »

Leurs conclusions ont été publiées dans Communication Nature.

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