Habituellement, la chaleur se propage à partir d’une source bien définie et finit par se dissiper peu à peu. Mais récemment, des physiciens du MIT ont remis en question cette idée en capturant, pour la toute première fois, le mouvement de la chaleur qui se propage sous forme d’onde dans un gaz quantique superfluide (on appelle ça le « second son »). Cette trouvaille pourrait bien nous aider à mieux comprendre les supraconducteurs à haute température et même la structure des étoiles à neutrons.
Le second son : l’onde thermique en action
Dans les matériaux classiques – pensez à un charbon ardent chauffant une casserole d’eau –, la chaleur se diffuse simplement en s’éloignant de sa source. Mais avec certains matériaux exotiques, ça ne marche pas comme d’habitude. Dans les gaz quantiques superfluides, la chaleur se déplace en ondulant sur le côté.
Pour suivre ce phénomène, les chercheurs du MIT, menés par Richard Fletcher et Martin Zwierlein, ont utilisé des fréquences radio pour détecter des fermions de lithium-6. Grâce à cette technique, ils ont pu dresser une carte précise de cette vague thermique.
Une méthode inédite et ses résultats
La publication de cette étude dans la revue Science marque un bond en avant dans l’analyse des superfluides. L’équipe a mis au point une technique basée sur des fréquences radio pour visualiser le déplacement de la chaleur dans un gaz ultrafroid. Contrairement à la thermographie infrarouge classique, qui ne fonctionne pas quand il n’y a pas de radiation infrarouge, cette méthode permet de voir directement les mouvements de la chaleur.
Les atomes fermioniques de lithium-6 ont été piégés et refroidis à des températures avoisinant le nanokelvin, atteignant ainsi un état où ils s’écoulent sans friction. Cette démarche a permis aux chercheurs d’obtenir les toutes premières images du « second son », prouvant que la chaleur peut se déplacer sous forme d’onde, sans forcément être liée au mouvement de la matière environnante.
Retombées et avenir
Même si ces superfluides exotiques ne font pas encore partie de notre quotidien, comprendre le « second son » pourrait répondre à de vieilles questions sur la quête de la supraconductivité et sur le fonctionnement des étoiles à neutrons.
Martin Zwierlein explique : « Désormais, nous pourrons mesurer avec précision la conductivité thermique dans ces systèmes et envisager la conception de solutions plus performantes ». Avec le soutien financier de la National Science Foundation, de l’Air Force Office of Scientific Research et du Vannevar Bush Faculty Fellowship, cette découverte devrait nous permettre de mieux comprendre comment interagissent les particules dans diverses situations physiques.
Source : MIT
