Des scientifiques sont parvenus à créer une tornade quantique qui avait pour but d’étudier les trous noir. Une expérience fascinante qui a donné d'excellents résultats et avec de grandes implications pour la science.
Une tornade quantique ?
Imaginez un tourbillon capable de nous éclairer sur la nature des trous noirs, ces monstres cosmiques qui dévorent tout ce qui s'approche d'eux. C'est la prouesse qu'ont réalisée des chercheurs en créant une "tornade quantique" dans un superfluide d'hélium 4 liquide superfluide hélium 4, un état particulier de la matière à des températures extrêmement basses. Cette découverte ouvre une voie passionnante pour sonder les mystères de l'univers sans quitter la Terre.
La relativité générale d'Einstein décrit la gravité comme une courbure de l'espace-temps. Les trous noirs, objets d'une densité inimaginable, déforment si fortement l'espace-temps qu'aucune particule, pas même la lumière, ne peut s'en échapper. Étudier ces phénomènes cosmiques directement est impossible en laboratoire. Heureusement, les physiciens ont développé des "simulateurs de gravité" basés sur des fluides spéciaux.
L'équipe de recherche s'est intéressée à l'hélium 4 liquide superfluide hélium 4, capable d'écouler sans aucune viscosité à des températures proches du zéro absolu. Dans cet état superfluide, les atomes d'hélium se comportent collectivement comme une onde unique. Les chercheurs ont réussi à créer un immense vortex tourbillon tourbillon au sein de ce fluide quantique. Ce vortex géant, stable et quantifié, imite la rotation de la matière autour d'un trou noir.
Vers la simulation des trous noirs
Pour analyser ce vortex quantique, les scientifiques ont utilisé une technique astucieuse. Ils ont observé la façon dont de minuscules vagues se propagent à la surface du superfluide. Ces ondes interagissent avec le vortex et révèlent des informations précieuses sur sa vitesse de rotation et sa structure.
L'analyse des ondes a permis aux chercheurs de constater la présence d'un phénomène appelé "résonance de cavité", similaire à l'émission d'ondes sonores par une cloche. Ce phénomène, observé pour la première fois dans un fluide quantique, pourrait être analogue au "ringdown" des trous noirs, l'émission d'ondes gravitationnelles qui suit la disparition d'un trou noir. Ce signal, encore jamais détecté directement dans l'espace, pourrait ainsi être recréé et étudié en laboratoire grâce à des superfluides.
Ces travaux démontrent le potentiel des fluides quantiques pour simuler des phénomènes astrophysiques complexes. Grâce à cette "tornade quantique", les scientifiques pourront étudier la formation et la rotation des trous noirs, la stabilité des vortex et de nombreux autres aspects de la gravité quantique. L'étude de ces tourbillons quantiques pourrait également apporter des éclairages sur des phénomènes encore plus exotiques, comme les trous de ver, ces hypothétiques tunnels reliant deux régions distinctes de l'espace-temps.
Des implications qui dépassent l'astrophysique
Ces recherches ne se limitent pas aux trous noirs. La possibilité de créer et de manipuler des tourbillons quantiques ouvre la voie à de nouvelles découvertes dans des domaines variés de la physique fondamentale. On pourrait ainsi explorer des théories quantiques des champs à des températures élevées, un domaine encore largement inexploré. Ces théories quantiques des champs à température élevée sont censées décrire la matière telle qu'elle existait juste après le Big Bang, aux premiers instants de l'univers. Leur étude pourrait donc bouleverser notre compréhension de l'origine et de l'évolution de notre cosmos.
L'hélium superfluide est un système fascinant qui se comporte à la fois comme un fluide classique et comme un système quantique. En l'agitant, on crée des tourbillons quantiques qui présentent des propriétés à la fois classiques et quantiques. L'étude de ces tourbillons quantiques pourrait permettre de mieux comprendre la relation entre la physique classique et la physique quantique, deux piliers de notre description du monde.
La création d'une tornade quantique marque ainsi une avancée majeure dans la compréhension de l'univers. Cette expérience ouvre une multitude de possibilités pour étudier la gravité quantique et d'autres phénomènes complexes sans avoir à quitter notre planète.