Turbulence en cascade chez les bosons !
Un travail théorique portant sur les condensats de Bose-Einstein maintenu en turbulence stationnaire permet de prédire exactement la façon dont l’énergie et la densité se structurent en moyenne dans les différentes échelles du système.
Au milieu des années 1920, Bose et Einstein ont prédit que certaines particules atomiques, connues depuis sous le nom de bosons, pourraient dans certaines conditions présenter un comportement quantique à l’échelle macroscopique. En effet, lorsqu'un gaz dilué de bosons est refroidi à des températures proches du zéro absolu (-273⁰C), une fraction macroscopique du gaz occupe l'état quantique fondamental du système. Il aura fallu attendre 70 ans pour avoir la première réalisation expérimentale de cet état singulier de la matière, appelé un condensat de Bose-Einstein (BEC). Depuis, les BECs font l'objet d'intenses études expérimentales et théoriques. En particulier, au cours de la dernière décennie, l'excellent contrôle expérimental de ces condensats auquel sont parvenus les scientifiques a permis de les sortir de leur état d’équilibre et d’étudier leur dynamique de façon contrôlée et reproductible, allant même jusqu’à l’étude de des propriétés statistique de BECs turbulents.
Dans un BEC turbulent, du fait des propriétés non linéaires intrinsèques du système, l'énergie est transférée des grandes vers les petites échelles par un processus en cascade analogue à la turbulence hydrodynamique classique. En plus de l'énergie, le nombre de particules impliquées dans une échelle donnée suit également une cascade turbulente, mais dans le sens inverse, des petites aux grandes échelles.
Une collaboration réunissant notamment des équipes de l'Institut de physique de Nice INPHYNI (CNRS-Université Côte d'Azur) et du Laboratoire J.L. Lagrange LAGRANGE (CNRS-Observatoire de la Côte d'Azur-Université Côte d'Azur) a réalisé une étude théorique et numérique de ces cascades turbulentes.