11 mars 2013
Les interactions phonons rotons dans l'’hélium superfluide
Contact : Bjorn Fåk

relation de dispersion des excitations de l’hélium superfluide

Les mesures des excitations élémentaires de l'hélium superfluide réalisées à l’INAC montrent l'importance des processus à trois particules dans les condensats de Bose.

 

L'hélium liquide est un sujet d'étude de la matière extrêmement riche qui permet d'aborder de nombreuses questions de physique quantique et statistique. L'4He présente en dessous de 2.2 K une phase caractérisée par une conduction thermique très élevée et un état superfluide, c'est-à-dire sans viscosité mesurable. Dans cet état une fraction macroscopique des atomes d'4He est dans l'état quantique fondamental appelé condensat de Bose. Les excitations élémentaires de cette phase sont caractérisées par la relation de dispersion (Fig.) entre leur énergie E et leur vecteur d'onde Q. A petit Q, le mode de vibration classique appelé phonon est révélé par une relation linéaire entre l’énergie et le vecteur d’onde. Vers Q = 2 Å-1, un autre mode apparaît. Prédit au début des années 1940 par Landau qui l’a appelé roton, il a été observé expérimentalement près de 20 ans plus tard par diffusion inélastique des neutrons.

 

Les chercheurs d’INAC ont étudié les interactions entre rotons et entre rotons et phonons par des mesures précises de la variation thermique de l'énergie de cette excitation et de son temps de vie par la technique d’écho de spin résonant du neutron. Les mesures ont démontré que l'énergie et le temps de vie du roton variaient différemment en fonction de la température, contrairement à la prédiction théorique. Celle-ci considérait uniquement des processus d'interaction à quatre particules. Les nouveaux travaux théoriques réalisés à l’INAC montrent qu'il faut également prendre en compte des processus à trois particules comme la désintégration d'un roton en un autre roton et un phonon. La reconnaissance de l’importance de ces interactions à trois particules devrait avoir des conséquences pour la compréhension d'autres systèmes faisant intervenir des condensats de bosons, comme dans les semi-conducteurs (excitons), les gaz ultra-froids  ou  en  spintronique (magnons). 

 

Maj : 01/06/2016 (802)

 

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