À l'école, nous avons tous appris qu'il existe trois états de la matière : solide, liquide ou gazeux. Un peu plus tard, certains ont découvert qu'il existe un quatrième état, plus rare : le plasma. Mais les physiciens, eux, en connaissent encore un peu plus. Des états de la matière extrêmes qu'ils qualifient d'exotiques, dans lesquels la matière se comporte de manière pour le moins étrange. Les superfluides, par exemple, s'écoulent librement. Sans la moindre viscosité.

La matière dans un drôle d’état à la fois solide et superfluide

Les supersolides, eux, sont réputés se situer quelque part entre l'état solide et l'état superfluide. Avec une partie de leurs atomes qui s'écoulent librement au milieu d'autres, arrangés en structure cristalline. Réputés parce que si les physiciens ont déjà pu observer les atomes fixes à l'intérieur de supersolides, ils n'avaient encore jamais eu accès à ceux qui se comportent, à l'intérieur de la structure, comme ceux de superfluides.

Mais des chercheurs de l'université d'Innsbruck (Autriche) annoncent aujourd'hui, dans la revue Nature, avoir observé, dans un supersolide, de minuscules tourbillons - des vortex quantifiés - qu'ils considèrent comme « une preuve forte et directe de la double nature d'un état supersolide ».

Une découverte théorique avec des applications pratiques

Pour nous donner une idée, les physiciens comparent leur superfluide à une tasse de café. « Si vous faites tourner la cuillère - dans ce cas, un champ magnétique - lentement, vous serez surpris de voir que le superfluide ne tourne pas du tout avec la cuillère - il reste parfaitement immobile, comme si rien ne le dérangeait. Cependant, si vous faites tourner la cuillère plus rapidement, au lieu de former un grand tourbillon au centre, quelque chose de remarquable se produit. Une série de minuscules tourbillons commencent à apparaître. Comme de petits trous dans le fluide, chacun tournant à une vitesse spécifique. Ils s'organisent en de beaux motifs réguliers sur la surface du superfluide. »

Cette découverte pourrait aider les physiciens à percer les secrets des supraconducteurs. Car ils pensent que les tourbillons superfluides sont impliqués dans leur manière de conduire l'électricité sans perte.

Les astronomes, eux, pourraient s'appuyer sur la méthode développée par les chercheurs de l'université d'Innsbruck pour mieux comprendre les étoiles à neutrons. Parce qu'ils estiment que le changement de vitesse de rotation observé dans ces astres ultra-denses est causé par des tourbillons superfluides piégés à l'intérieur. Les physiciens disposent désormais d'un moyen de simuler de tels phénomènes extrêmes sur Terre.