Première génération contrôlée d'un gaz dense de solitons

Publié par Adrien le 16/02/2021 à 09:00
Source: CNRS INP
Des chercheurs sont parvenus à générer et mesurer les propriétés hydrodynamiques d'un gaz composé non pas de particules atomiques ou moléculaires mais de solitons, des ondes non-linéaires.

Un gaz est un grand ensemble de particules classiques ou quantiques en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...), généralement décrit par des propriétés macroscopiques comme la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) ou la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...). Les solitons sont des ondes d'une amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) suffisante pour mettre en jeu des mécanismes de propagation de nature non linéaire. Ils peuvent se propager sur de grandes distances sans déformation (comme le mascaret (Le mascaret est un phénomène de brusque surélévation de l'eau d'un fleuve ou d'un estuaire...) ou les vagues de tsunami). Les concepts de soliton (Un soliton est une onde solitaire qui se propage sans se déformer dans un milieu...) en physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) non linéaire et de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) en physique statistique (La physique statistique a pour but d'expliquer le comportement et l'évolution de systèmes...) peuvent être associés au travers de la notion de gaz de solitons.


Schéma de principe de l'expérience réalisée montrant l'évolution spatio-temporelle d'un gaz dense de solitons dans le canal hydrodynamique. Grâce à la mise en place de méthodes d'analyse spectrale non linéaire, l'expérience réalisée a permis de mesurer la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) d'états du gaz de soliton et de mettre en évidence une évolution lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) de celle-ci lors de la propagation.

A l'image de particules atomiques ou moléculaires, caractérisées par leurs vitesses et leurs positions dans un gaz, chaque soliton composant le gaz est paramétré par un point (Graphie) caractérisé par sa position dans un espace de représentation mathématique abstrait. Plusieurs solitons répartis aléatoirement dans cet espace constituent une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) fortement non linéaire dont les propriétés statistiques sont caractérisées dans le cadre d'une théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) (analogue à la théorie cinétique des gaz) qui n'a pas encore été vérifiée expérimentalement.

Des chercheurs du Laboratoire de physique des lasers, atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) et molécules (PhLAM, CNRS/Univ. de Lille), du Laboratoire de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) en hydrodynamique, énergétique et environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) atmosphérique (LHEEA, CNRS/Ecole Centrale de Nantes), du Laboratoire matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) et systèmes complexes (MSC (En France un MSc est un diplôme d’enseignement supérieur accrédité par...), CNRS/Univ. de Paris), Laboratoire de physique de l'ENS (LPENS, CNRS/ENS Paris/Sorbonne Univ./Univ. de Paris), de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Jean Le Rond ( Le mot rond caractérise et par abus de langage désigne un cercle ou une sphère. En...) d'Alembert-Paris (DALEMBERT, CNRS/Sorbonne Univ.), en collaboration avec des chercheurs russes et anglais, sont parvenus à effectuer la première synthèse expérimentalement contrôlée d'un gaz dense de solitons dans un canal rempli d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) long de 140 mètres.


Canal de propagation utilisé lors des expériences de génération contrôlée du gaz de solitons. Le canal est une installation du LHEEA de l'Ecole Centrale de Nantes. Il est long de 140 mètres, large de 5 mètres et profond de 3 mètres. Crédit: S. Randoux

Ils ont pu en particulier mesurer pour la première fois la densité d'états du gaz de solitons et mettre en évidence une évolution lente de celle-ci lors de la propagation. Pour générer le gaz, les chercheurs ont mis au point des outils d'analyse spectrale non linéaire permettant de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) de la représentation des solitons dans l'espace abstrait à un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d'ondes dans l'espace direct. Réciproquement, la caractérisation des ondes générées permet, via les mêmes outils d'analyse, de remonter à l'état des solitons et à la mesure de la densité d'états du gaz.

Les résultats obtenus représentent la première étape cruciale pour la validation expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) de la théorie cinétique des gaz solitons. Ils ouvrent la voie à d'autres études sur des systèmes complexes d'ondes non linéaires que l'on trouve dans d'autres domaines de la physique comme l'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) non linéaire appliquée à la transmission de l'information, la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) des superfluides ou l'océanographie (L’océanographie (de « océan » et du grec γρ?φειν...).

Référence:
Nonlinear spectral synthesis of soliton gas in deep-water surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) gravity waves.
P. Suret, A. Tikan, F. Bonnefoy, F. Copie, G. Ducrozet, A. Gelash, G. Prabhudesai, G. Michel, A. Cazaubiel, E. Falcon, G. El and S. Randoux. Phys. Rev. Lett., le 31 décembre 2020.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.264101
Article disponible sur la base d'archives ouverte hal et arXiv.
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.548 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique