Vous pouvez entendre chaque événement deux fois dans un gaz quantique tridimensionnel

Si vous pouviez vous immerger dans un fluide quantique, vous entendriez chaque événement deux fois, car ils supportent deux ondes sonores à des vitesses différentes.

Les chercheurs dans leur expérience ont réalisé cette propriété remarquable pour la première fois dans un gaz quantique tridimensionnel, au lieu d’un liquide quantique. Ils ont obtenu ce résultat en refroidissant un gaz d’atomes de potassium piégés par des faisceaux laser dans un ultravide à moins d’un millionième de degré au-dessus de la température du zéro absolu, où il forme en partie un condensat de Bose-Einstein. Ceux-ci interagissent généralement faiblement, mais dans leur expérience, ils augmentent tellement l’interaction que le gaz devient hydrodynamique. Ils excitent des ondes stationnaires à des fréquences différentes et observent deux résonances de soi-disant premier et second son.

Cet effet est bien étudié dans les liquides quantiques comme l’hélium superfluide, mais la compressibilité de leur gaz de Bose est aussi grande que celle de l’air, donc c’est toujours un gaz, pas un liquide. Remarquablement, le célèbre modèle à deux fluides de Landau, une théorie développée pour l’hélium superfluide dans les années 1940, décrit toujours bien leur gaz superfluide. Dans leur système, les deux fluides sont principalement constitués respectivement des parties condensées et non condensées du gaz. Ils résolvent expérimentalement le mouvement relatif des deux parties, qui oscillent ensemble dans le premier son classique mais se déplacent en face l’une de l’autre dans le second son. La description théorique microscopique de leur gaz est beaucoup plus simple que celle d’un liquide, promettant de nouvelles perspectives dans la compréhension de l’hydrodynamique quantique.

Le document de recherche est publié dans Lettres d’examen physique.