Dans le laboratoire quantique des mélanges du National Institute of Optics (CNR-INO), une équipe de chercheurs de CNR, de l'Université de Florence et du laboratoire européen pour la spectroscopie non linéaire (LENS) a observé le phénomène de l'instabilité capillaire dans un liquide non conventionnel: un gaz quantique ultradilule. Ce résultat a des implications importantes pour la compréhension et la manipulation de nouvelles formes de matière.
La recherche, publiée dans Lettres d'examen physiquea également impliqué des chercheurs des universités de Bologne, de Padoue et du pays basque (UPV / EHU).
En physique, il est connu que la tension superficielle d'un liquide, causée par des forces cohésives intermoléculaires, tend à minimiser la surface. Ce mécanisme est responsable des phénomènes macroscopiques tels que la formation de gouttes de pluie ou de bulles de savon.
La tension en surface est à l'origine de l'instabilité capillaire, également connue sous le nom d'instabilité du plateau-rayon, par lequel un mince jet liquide se brise, formant une séquence de gouttes. L'étude et la compréhension de ce phénomène ont des implications importantes dans les domaines industriels, biomédicaux et nanotechnologiques.
Dans les gaz atomiques refroidis à des températures proches du zéro absolu, les atomes perdent leur individualité et obéissent aux lois de la mécanique quantique. Ces systèmes dans certaines conditions se comportent comme des liquides, bien qu'ils restent dans la phase gazeuse.
En effet, depuis quelques années maintenant, les scientifiques ont pu, en contrôlant précisément les interactions interatomiques, pour créer des gouttelettes autoproclamées et liquides à partir de gaz ultracold. Ces petits grappes d'atomes, stabilisées par des effets quantiques, partagent des propriétés avec des gouttes liquides classiques.
Au moyen des techniques d'imagerie et de manipulation optique, l'équipe expérimentale, dirigée par Alessia Burchianti (chercheur CNR-INO), a étudié l'évolution dynamique d'une seule gouttelette quantique créée à partir d'un mélange ultracold d'atomes de potassium et de rubidium.
La gouttelette libérée dans un guide d'onde optique s'allonge, formant un filament, qui, au-dessus d'une longueur critique, se divise en gouttelettes plus petites. Le nombre de sous-départs est proportionnel à la longueur du filament au moment de la rupture.
« En combinant des expériences et des simulations numériques, il a été possible de décrire la dynamique de rupture d'une gouttelette quantique en termes d'instabilité capillaire. L'instabilité du plateau – Rayleigh est un phénomène commun dans les liquides classiques, également observé dans l'hélium superfluide, mais pas encore dans les gaz atomiques », explique Chiara Fort (Unifi Research), qui a contribué à la recherche.
« Les mesures effectuées dans notre laboratoire fournissent une compréhension approfondie de cette phase liquide particulière et ouvrent une voie pour créer des tableaux de gouttelettes quantiques pour les applications futures dans les technologies quantiques », ajoute Luca Cavicchioli (chercheur CNR-INO), premier auteur de l'article.
