Comment faire un nœud dans un liquide
Dès le XIXe siècle, des physiciens ont découvert que des nœuds stables pouvaient exister dans des liquides. Grâce à des tourbillons quantiques spéciaux, cela fonctionne également dans des systèmes réels.
Les liquides sont généralement trop changeants pour que des structures complexes comme les nœuds puissent rester stables à long terme. Mais il existe des exceptions, comme l'a démontré l'équipe de Toni Annala de l'université Aalto en Finlande : Dans certains liquides, il est possible de nouer une vertèbre de manière à ce qu'elle ne se défasse pas. Cependant, il ne faut pas s'inquiéter de s'étouffer avec un nœud inattendu dans le café. Comme le rapporte l'équipe dans une publication acceptée pour publication par la revue "Physical Review Letters", cela ne fonctionne que dans les liquides qui présentent des effets quantiques macroscopiques. Outre les condensats de Bose-Einstein, certains cristaux liquides en font partie. Dans ces liquides, les tourbillons ne peuvent pas s'auto-pénétrer et ainsi défaire le nœud.
Les tourbillons dans les liquides sont essentiellement des tubes en rotation et, dans certaines conditions, des nœuds peuvent être formés à partir de ces tubes. Un tel nœud est une boucle fermée qui se croise elle-même de manière à ne pas se déformer en un simple anneau - par exemple le nœud de trèfle que l'on peut effectivement créer dans le café. Cependant, de tels nœuds se désagrègent rapidement. D'une part, les tourbillons peuvent simplement se pénétrer eux-mêmes et défaire le nœud, et d'autre part, ils se décomposent rapidement en de nombreux tourbillons annulaires simples, non reliés entre eux. Dès le XIXe siècle, des spécialistes ont cependant constaté que de tels nœuds seraient mathématiquement stables dans un liquide idéal sans frottement.
Auparavant, on ne connaissait aucun liquide réel dans lequel les vertèbres pouvaient être nouées de manière permanente. L'équipe d'Annala a montré qu'il était possible de réaliser de tels nœuds liquides en utilisant des vortex quantiques. Ces vortex topologiques ne sont pas des tourbillons mécaniques, mais des perturbations linéaires dans la structure d'un liquide hautement ordonné, qui font la différence si on en fait le tour dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse. L'astuce est qu'une quantité appelée vorticité est conservée dans de tels systèmes, de manière analogue à la conservation de l'énergie en physique classique. Dans sa publication, l'équipe a démontré qu'il existe des nœuds dans des fluides réels, bien qu'exotiques, qui ne peuvent être résolus qu'en violant cette quantité de conservation. La prochaine étape pour les spécialistes sera de faire un nœud dans un condensat de Bose-Einstein.
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