Des scientifiques du MIT ont récemment réussi à photographier un phénomène particulier appelé « deuxième son » dans des matériaux exotiques. Bien que ce comportement ait été observé par le passé, sa captation visuelle représente une avancée notable en physique, révélant des mécanismes de propagation de chaleur inédits.
Récemment, des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont réussi à capturer le mouvement de chaleur pure, confirmant un comportement qu’ils appellent le « deuxième son » d’un matériau. Bien que le phénomène ait déjà été observé, il n’avait jamais été photographié.
Dans le monde des matériaux ordinaires, la chaleur a tendance à se propager à partir d’une source précise. Cependant, de nombreux matériaux rares et exotiques ne respectent pas ces règles thermiques. Plutôt que de se diffuser de manière classique, ces gaz quantiques superfluides « propagent » la chaleur de côté à autre, se déplaçant essentiellement comme une onde.
Les scientifiques désignent ce comportement comme le « deuxième son » d’un matériau – le premier étant le son normal se déplaçant via une onde de densité.
Bien que ce phénomène ait déjà été observé, il n’avait jamais été capté, ce que les scientifiques du MIT ont réussi à accomplir grâce au développement d’une nouvelle méthode de thermographie ou de cartographie thermique.
Une nouvelle méthode a permis de capter le « deuxième son »
Dans un communiqué de presse, Richard Fletcher, professeur adjoint au MIT et co-auteur de l’étude, a utilisé l’analogie d’une casserole bouillante pour décrire la singularité du « deuxième son » dans ces superfluides exotiques.
C’est comme si nous avions un réservoir d’eau et que nous laissions la moitié presque à ébullition. Si nous regardons, l’eau peut sembler totalement calme, mais soudain l’autre côté devient chaud, puis l’autre côté devient chaud, et la chaleur va et vient, tandis que l’eau semble complètement immobile.
Fletcher a expliqué que ces superfluides sont créés lorsqu’un nuage d’atomes est soumis à des températures ultra-froides, proches du zéro absolu. Dans cet état rare, les atomes se comportent différemment, formant un fluide pratiquement sans friction. C’est dans cet état d’absence de friction que la chaleur se propage, selon la théorie, comme une onde.
Le deuxième son est la marque déposée de la superfluidité, mais dans les gaz ultra-froids, jusqu’à présent, il ne pouvait être observé que dans ce reflet ténu des ondulations de densité qui l’accompagnent. La nature de l’onde de chaleur ne pouvait pas être prouvée auparavant.
A déclaré Martin Zwierlein, auteur principal de l’étude, dans un communiqué de presse.
[Cliquez sur les images pour voir la différence.]
Pour capturer ce « deuxième son », Zwierlein et son équipe ont dû faire preuve de créativité, car il existe un grand défi à essayer de détecter la chaleur d’un objet ultra-froid – celui-ci n’émet pas la radiation infrarouge habituelle.
Dès lors, les scientifiques du MIT ont conçu un moyen d’exploiter les fréquences radio pour localiser certaines particules subatomiques, qui peuvent être détectées à travers des fréquences différentes en fonction de leur température (c’est-à-dire que des températures plus élevées signifient des fréquences plus élevées, et vice versa).
Cette technique innovante a permis aux chercheurs de se concentrer essentiellement sur les fréquences plus « chaudes » (qui étaient encore très froides) et de suivre la seconde onde résultante au fil du temps.
Bien que ces superfluides ne fassent pas encore partie de notre vie quotidienne, la compréhension des propriétés du mouvement de la « deuxième onde » pourrait aider à résoudre des problèmes liés aux superconducteurs à haute température ou à la physique au cœur des étoiles à neutrons.