Une percée scientifique stupéfiante : la création tant attendue d’un conducteur parfait

Quand le flux ne rencontre plus aucun obstacle

Imaginez un instant le concept de flux. Que ce soit de l’eau qui s’engouffre bruyamment dans une canalisation ou de l’électricité qui parcourt les fils de votre ordinateur, le mouvement est omniprésent. Mais voilà, il y a presque toujours un « mais » : quelque chose retient ce mouvement. C’est inévitable, ou du moins, ça l’était jusqu’à présent.

La résistance, créée par la friction ou les collisions entre les particules, a cette fâcheuse tendance à ralentir ou même à briser le flux. C’est une règle physique qui semblait immuable. Pourtant, des chercheurs ont réussi l’impossible : créer un gaz qui, une fois refroidi à des températures de congélation, ne subit ni résistance ni diffusion.

Ce que vous allez découvrir ici dépasse l’entendement habituel. Les atomes de ce gaz ne respectent pas les modes de transport classiques, qu’ils soient balistiques ou diffusifs. Ils entrent en collision en ligne droite, sans permettre la moindre friction ou perte d’énergie. Cette expérience a prouvé, contre toute attente, qu’il est possible pour des atomes de voyager en ligne droite — et de se heurter de la même manière — sans jamais ralentir.

Le transport réinventé : entre diffusion et balistique

Pour bien comprendre la portée de cette découverte, il faut revenir aux bases. Le « transport », c’est le phénomène de mouvement à travers un milieu. Cela peut décrire le passage de particules, d’énergie, de moment ou de masse. D’ailleurs, les métaux, les isolants et les supraconducteurs sont tous définis par leurs propriétés de transport.

C’est ici qu’entre en scène l’équipe menée par le physicien Frederik Møller de l’Atominstitut à l’Université de technologie de Vienne. Ils ont réussi à créer un flux constant d’atomes de rubidium dans un gaz quantique ultra-froid. Ce flux circulait sans résistance, bien qu’il soit, paradoxalement, en proie à des collisions atomiques. C’est tout simplement la forme de transport la plus efficace jamais observée.

Habituellement, nous avons deux types de transport qui sont de parfaits opposés :

• Le transport diffusif : Les particules se déplacent librement mais subissent des collisions aléatoires constantes. Pensez à la conduction thermique, où les particules plus chaudes percutent les plus froides, transférant l’énergie des régions chaudes vers celles où il y a moins de chaleur, jusqu’à l’équilibre. L’osmose est un autre exemple ; les molécules d’eau diffusent à travers les membranes cellulaires, parfois seules, parfois aidées par des protéines de transport si de plus grosses molécules comme des sucres ou des acides aminés doivent passer.
• Le transport balistique : C’est le mouvement libre de particules, généralement chargées comme les électrons, qui filent à travers l’espace sans collisions et couvrent beaucoup plus de distance. Ironiquement, le mouvement des électrons dans les métaux est plus faible via ce mode que via le transport diffusif.

Une efficacité sans faille : Le Pendule de Newton quantique

Ce que Møller et son équipe ont accompli se rapproche du transport balistique, sans l’être tout à fait. C’est là que ça devient fascinant. Les atomes de rubidium utilisés étaient des atomes bosoniques, se comportant comme ces particules subatomiques appelées bosons, caractérisées par leurs spins entiers complets.

Pour y parvenir, les atomes ont été transformés en un gaz glacial grâce à deux méthodes combinées. D’abord, le refroidissement par évaporation, qui utilise l’énergie dont l’eau a besoin pour s’évaporer afin de refroidir l’air. Ensuite, le refroidissement par laser, une technique astucieuse qui tire parti du changement de moment d’un atome lorsqu’il absorbe un photon du laser. L’atome réémet ensuite le photon, diminuant son moment et donc sa température. Au-dessus de ce gaz, les scientifiques ont placé une puce créant un piège magnétique pour restreindre leur mouvement.

Comme l’ont déclaré les chercheurs dans une étude récemment publiée dans Science Advances : « Si les courants sont sans dissipation, les porteurs de charge correspondants se propagent de manière balistique ».

Même si les atomes voyageaient en ligne droite sans diffuser, dénués de friction ou de perte, ce mode de transport n’est défini ni comme diffusif ni comme balistique. Les conditions rendaient pratiquement impossible la diffusion des atomes de rubidium de Møller, et pourtant, des collisions se produisaient encore au sein du courant atomique. Mais attention, la masse et l’énergie continuaient de fluer à travers le système sans se disperser.

Ces collisions n’étaient pas aléatoires. Elles se comportaient davantage comme un Pendule de Newton — vous savez, ce gadget de bureau avec des sphères métalliques suspendues. Le système dépend du relâchement d’une sphère pour que son moment soit transféré à travers toute la rangée, ne faisant osciller que celle à l’autre extrémité vers l’extérieur.

Conclusion : Au-delà de la résistance

Cette efficacité sans faille a brisé les règles de la résistance telles que nous les connaissions jusqu’alors. C’est une avancée majeure qui nous force à revoir nos certitudes sur la manière dont la matière peut se déplacer.

Est-ce que cela pourrait s’appliquer aux ondes de choc ? Bien que l’équipe de recherche ait exploré cette piste sur le plan théorique, cela dépassait le cadre de leur étude actuelle. Mais restez à l’écoute, car la science ne s’arrête jamais vraiment là.

Selon la source : popularmechanics.com

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.