Des chercheurs développent un nouveau type de caméra pour imager les tourbillons quantiques pour la première fois

Des physiciens développent pour la première fois un nouveau type de caméra pour imager les tourbillons quantiques

(À gauche) Un croquis de la cellule expérimentale utilisée pour détruire de manière contrôlée la superfluidité et imager un enchevêtrement de vortex quantique qui l’accompagne. La source de quasi-particules (radiateur à corps noir, BBR) éclaire un enchevêtrement turbulent créé par le fil du générateur devant une caméra à quasi-particules. Le BBR est constitué d’un boîtier, contenant deux cordes vibrantes à générer (élément chauffant QBBR) et détecter (thermomètre TBBR) excitations. Les excitations produites à l’intérieur de la boîte se thermalisent rapidement et émergent d’un petit trou (l’orifice du radiateur), formant un large faisceau d’excitations balistiques. Le faisceau se propage vers la caméra à quasi-particules, qui est placée à 2 mm de l’orifice du radiateur et possède une matrice de 5×5 pixels. Chaque pixel de la caméra consiste en une cavité cylindrique de 1 mm de diamètre dans une matrice en cuivre avec un résonateur à diapason en quartz miniature à l’intérieur qui détecte les quasi-particules incidentes. L’enchevêtrement turbulent réduit le nombre de quasi-particules atteignant la caméra et forme un shadowgram. (À droite) La dépendance force-vitesse du fil du générateur. La vitesse de début de production d’excitation est mise en évidence par une flèche. L’encart représente l’émission d’un faisceau de quasi-particules par le fil générateur au-dessus de la vitesse de début. Le crédit: Examen physique B (2022). DOI : 10.1103/PhysRevB.105.174515

Les chercheurs de Lancaster ont développé pour la toute première fois un appareil semblable à une caméra capable d’imager des mini-tourbillons dans des liquides quantiques.

Les tourbillons se forment dans les fluides agités, lorsque l’eau s’écoule dans une bonde et peuvent également être observés dans les tornades et les cyclones.

Ces tourbillons sont imprévisibles, contrairement aux liquides quantiques où les tourbillons ont toujours la même taille en raison d’effets quantiques qui ne surviennent qu’à des températures très froides comme avec l’hélium-3 liquide superfluide.

Le problème est que les tourbillons quantiques, de par leur nature même, sont trop petits pour être capturés sans particules traceurs par une caméra conventionnelle – jusqu’à présent.

Des physiciens de l’Université de Lancaster, dirigés par le Dr Theo Noble, ont mis au point un nouveau type de caméra qui utilise des perturbations semblables à des particules pour prendre des images d’ensembles de tourbillons au lieu de la lumière.

Leurs travaux sont publiés dans la revue Examen physique B.

La caméra est une matrice de pixels de cinq par cinq. Chacun des 25 pixels est une cavité cylindrique de taille millimétrique avec un diapason en quartz au milieu.

L’équipe a testé la caméra sur des tourbillons créés par un fil vibrant dans une forme d’hélium ultra froid.

Le Dr Theo Noble explique : “L’expérience fonctionne comme une torche allumée sur une marionnette d’ombres. Nous mesurons ensuite les ombres projetées par des vortex quantiques à travers la caméra.”

Même avec son faible nombre de pixels, la nouvelle caméra a découvert que la plupart des tourbillons se forment au-dessus du fil vibrant au lieu de se développer tout autour.

Le directeur du laboratoire à ultra basse température de l’Université de Lancaster, le Dr Viktor Tsepelin, a déclaré que cela n’avait pas été prédit par des théories mathématiques ou des simulations numériques.

L’objectif du Dr Tsepelin est maintenant de construire une caméra de 90 pixels avec une résolution suffisamment élevée pour imager les détails du développement et de la décomposition d’ensembles de tourbillons soigneusement préparés. Cette capacité à observer la dynamique de l’hélium-3 superfluide améliorera la compréhension du mouvement turbulent des fluides quantiques et de la turbulence en général.

Le Dr Viktor Tsepelin a déclaré: “C’est excitant de voir que notre prototype fonctionne. La caméra haute résolution pourrait également être utilisée pour imager d’autres défauts topologiques existant dans l’hélium-3 superfluide, nous permettant d’avoir un aperçu d’un analogue de l’univers primitif. .”


Une caméra spéciale qui peut “voir” les détails intimes de l’univers de l’hélium-3


Plus d’information:
MT Noble et al, Produire et imager la turbulence quantique via la rupture de paire dans le superfluide He3−B, Examen physique B (2022). DOI : 10.1103/PhysRevB.105.174515

Fourni par l’Université de Lancaster

Citation: Des chercheurs développent un nouveau type de caméra pour imager les tourbillons quantiques pour la première fois (2022, 30 mai) récupéré le 30 mai 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-05-camera-image-quantum-vortices.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation loyale à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.