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En vidéo : on a filmé le mouvement d'un seul électron !

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Deux chercheurs de la Brown University ont fait une observation intéressante qu'ils ont exposée lors de l' International Symposium on Quantum Fluids and Solids à Kyoto. Humphrey Maris,  professor of physics at Brown University et son thésard Wei Guo ont en effet eu la surprise d'observer la trajectoire d'un seul électron dans de l'hélium superfluide. Une vidéo du phénomène a été réalisée.

Les images de trajectoires d'électrons, à droite celle interprétée comme résultant de la présence d'une ligne de tourbillon (Crédit : Humphrey Maris et Wei Guo).

L'observation de la trajectoire de particules chargées individuelles n'est pas une chose nouvelle. En fait, cela fait des dizaines d'années que des techniques comme celles des chambres de Wilson ou des chambres à bulles ont fourni aux physiciens des particules des connaissances précieuses sur le monde des particules élémentaires. De même, les détecteurs modernes comme ceux mis au point par le prix Nobel Georges Charpak permettent depuis longtemps de suivre les détails des trajectoires des particules produites lors des collisions dans les accélérateurs.

Trajectoires de particules dans une chambre à bulle. On distingue un anti proton arrivant en bas et donnant lors d'une collision des mésons pi chargés (Crédit : 1996 Particle Data Group).

La performance des deux chercheurs est quand même notable car la vidéo obtenue l'a été avec une vidéo caméra courante, et à partir d'une technique simple. Les électrons traversant un réservoir d'hélium superfluide provoquent naturellement  des petites bulles de 40 angströms, ce qui n'est évidemment pas visible à l'œil nu. L'astuce a été d'envoyer des ondes sonores dans le superfluide, lesquelles ont provoqué l'amplification de la croissance des bulles. Une technique stroboscopique consistant à illuminer le réservoir par flashes courts et peu intenses, pour ne pas chauffer le superfluide, suffit alors pour que la caméra détecte les nouvelles bulles ayant moins d'une dizaine de microns.

Ce qui est nettement moins trivial est l'observation de trajectoires torsadées. Ce pourrait être l'effet de lignes de tourbillons caractéristiques d'un fluide quantique.