Un tourbillon est un phénomène physique de la dynamique des fluides dans lequel les flux d’une région d’un fluide tournent autour d’un axe fixe. Au niveau macroscopique, les vortex sont facilement observables sous la forme de tourbillons, de tornades et de ronds de fumée. Cependant, ils se forment également à l’échelle microscopique sous la forme d’objets quantifiés. Dans le premier cas, les lois classiques régissent entièrement la dynamique des tourbillons, mais dans le second, il y a une déviation du comportement classique vers le comportement quantique, car la température à laquelle les fluides quantiques existent est suffisamment basse pour que les lois de la mécanique quantique prédominent.
Vortex classiques et quantiques
Les tourbillons présentent un mouvement dynamique et sont également caractérisés par certaines propriétés physiques telles que la masse, l’énergie ainsi que le moment linéaire et angulaire. Des travaux antérieurs ont révélé de multiples facettes des tourbillons et de leurs interactions dans différentes conditions physiques. Pour ne citer que quelques exemples, les physiciens ont découvert des tubes tourbillonnaires dans des fluides quantiques qui révèlent des informations intéressantes sur les turbulences [1]. En outre, des tourbillons ont également été produits à partir d’atomes uniques [2] et, récemment, des chercheurs ont rapporté que la structure des trous noirs pouvait être modélisée comme celle d’un tourbillon [3].
Outre les découvertes relatives aux tourbillons mentionnées ci-dessus, des tourbillons ont également été observés dans des gaz quantiques. Cependant, les tourbillons possédant des propriétés quantiques n’avaient pas été observés jusqu’à présent dans les gaz dipolaires constitués de substances fortement magnétiques.
Percée dans les gaz quantiques dipolaires
Pour réaliser cette nouvelle avancée, des chercheurs de l’université d’Innsbruck, en Autriche, ont mis au point une nouvelle méthode qui fait appel à une propriété directionnelle clé des gaz quantiques. Pour être explicite, le processus consiste à appliquer un champ magnétique au gaz quantique considéré et à comprimer elliptiquement ce gaz, de forme ronde à l’origine, par un effet appelé magnétostriction. À l’origine, l’idée a été proposée par une équipe de scientifiques de l’université de Newcastle et l’un des auteurs principaux se trouve être sur l’article qui décrit ce nouveau travail publié dans nature physics [4].
Les scientifiques impliqués dans l’étude estiment que l’observation de tourbillons quantifiés dans le gaz quantique est une preuve évidente du comportement superfluide, qui est un effet à basse température généralement décrit comme l’écoulement d’un fluide sans l’implication d’aucune friction. À cet égard, un aspect important de cette réalisation est que la technique pourrait être utilisée pour étudier la superfluidité dans plusieurs états différents de la matière, dont l’un a été mentionné par les chercheurs comme un état super-solide dans lequel des phases solides et liquides coexistent simultanément.
Points clés
Les tourbillons sont un phénomène global et diversifié, comme le prouvent les données disponibles. Il est intéressant de noter que ces objets et leur nature omniprésente sont une implication directe du modèle holographique généralisé du physicien Nassim Haramein.
Ines Urdaneta, certaines caractéristiques des tourbillons et de leur dynamique suggérées par le GHM ont été bien abordées. Par exemple, le modèle prédit la formation de grands tourbillons à plusieurs échelles de manière à exprimer un comportement invariant à l’échelle.
En outre, Haramein a découvert une solution exacte des équations du champ d’Einstein, appelée métrique de Haramein-Rauscher, selon laquelle l’espace-temps est lui-même courbé à toutes les échelles et cette rotation est la source du spin, de l’échelle microscopique à l’échelle cosmologique. Une conséquence de cette solution est, entre autres, la formation de structures tourbillonnaires universelles. Il est donc tout à fait pertinent de dire que l’étude des vortex constituerait une partie cruciale de notre quête d’unification des champs et de réconciliation de la mécanique quantique avec les phénomènes gravitationnels. Nous aurons peut-être des idées plus claires à ce sujet après la publication du nouvel article intitulé « Scale Invariant Unification of Forces, Fields and Particles in a Quantum Vacuum Plasma » (Unification invariante des forces, des champs et des particules dans un plasma quantique du vide).
Références
[1] Wei Guo et al, Superdiffusion of quantized vortices uncovering scaling laws in quantum turbulence, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2021957118
[2] Alon Luski et al, Vortex beams of atoms and molecules, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abj2451
[3] Gia Dvali, Florian Kühnel, and Michael Zantedeschi, Vortices in Black Holes, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061302
[4] Francesca Ferlaino, Observation of vortices and vortex stripes in a dipolar condensate, Nature Physics (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01793-8
