Des vortex géants découverts dans l'hélium superfluide express
L'hélium liquide, à des températures extrêmement basses, s'écoule sans frottement, telle une lubrifiant parfait. Des tourbillons y naissent, semblables à ceux de l'eau ordinaire, mais leur vitesse de rotation ne peut varier que par paliers stricts, comme sur un tourne-disque : seulement 33, 45 ou 78 tours. Cette loi, découverte par Lev Landau, semblait immuable.
Mais lorsque les scientifiques ont introduit des particules de poussière dans l'hélium, celles-ci se sont parfois mises à tourner frénétiquement, comme si le disque jouait soudain à toutes les vitesses à la fois. Un tel « paquet » devrait se désagréger en un instant, tel un vinyle sur un mode inexistant. Pourtant, la particule restait piégée à l'intérieur, et le vortex lui-même survivait étrangement longtemps.
Cette découverte bouleverse la science des vortex dans les liquides sans frottement et pourrait aider à comprendre le comportement d'autres milieux similaires, des entrailles des étoiles à neutrons aux noyaux atomiques.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2603.05387
Quantized vortex dynamics in superfluid $$^4$$He (He~II) are widely regarded as well established: circulation is quantized in units of $$\kappa=h/m_4$$, vortices carrying more than one quantum are expected to split into singly quantized filaments, and vortex rings shrink while accelerating due to dissipation from thermal-quasiparticle scattering. Using particle tracking velocimetry with frozen deuterium tracers, we uncover rare vortex-bound particle events that disrupt this canonical picture. In a class of events exhibiting the acceleration characteristic of shrinkage driven vortex ring motion, the measured kinematics cannot be reconciled with a singly quantized ring. Instead, they require an effective circulation $$n\kappa$$ with $$n>1$$, directly challenging the standard expectation that multiquantum vortices are short lived. A more prosaic possibility is that the inferred $$n\kappa$$ arises from a bundle of closely spaced singly quantized rings, which could generate similar large-scale motion. However, this scenario is disfavored by vortex-filament simulations that show rapid bundle dispersion. Furthermore, the persistence of particle trapping at the observed high speeds suggests a much deeper core trapping potential, consistent only with a truly multiquantum core. Together, these results point to anomalously long-lived multiquantum rings, a striking puzzle that calls for dedicated scrutiny beyond the prevailing paradigm.
L'hélium sans frottement, refroidi presque au zéro absolu, peut circuler indéfiniment dans un anneau : rien ne le ralentit.