L'hélium liquide, refroidi presque au zéro absolu, se comporte comme deux fluides à la fois : une partie visqueuse ordinaire et une partie superfluide qui s'écoule sans frottement. Lorsqu'un tel écoulement rencontre un cylindre, des tourbillons naissent derrière lui. Mais parfois, des tourbillons apparaissent aussi devant le cylindre – là où, selon les lois classiques, ils ne devraient pas exister. Pendant longtemps, personne ne pouvait expliquer pourquoi le sillage était tantôt vide, tantôt avec deux, quatre ou même six tourbillons.

Les auteurs de cette nouvelle étude ont reproduit le phénomène sur ordinateur, en combinant le modèle à deux fluides avec une équation pour la densité de lignes de vortex. Il s'est avéré qu'au niveau des « épaules » du cylindre – les endroits où le flux le contourne latéralement – se forme une zone de frottement mutuel renforcé entre les composantes normale et superfluide. Cette zone agit comme une pièce invisible qui modifie la forme de l'obstacle : le cylindre devient effectivement plus large et avec un autre profil. C'est cette forme redessinée qui fait tourbillonner le flux en amont et amortit également les oscillations propres du sillage dans le fluide normal.

En construisant un diagramme de phases dans les coordonnées « vitesse du fluide normal – intensité de l'interaction », les chercheurs ont identifié des régions où domine l'inertie et d'autres où domine le frottement mutuel. Le diagramme prédit avec précision combien de vortex se forment dans des conditions données. Désormais, la mystérieuse multiplicité des états est devenue une carte qui permet de savoir à l'avance comment se comportera un fluide quantique.

Le même mécanisme – une rétroaction via le frottement entre les composantes – pourrait également fonctionner dans d'autres fluides quantiques, par exemple dans l'hélium-3 superfluide ou dans les condensats de Bose-Einstein. Cela fournit une clé universelle pour contrôler les vortex, ce qui est important pour comprendre la turbulence dans les systèmes quantiques et, peut-être, pour créer des dispositifs où les vortex servent de porteurs d'information.