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Rencontrez le tourbillon, un nouveau type de matière qui plie les lois de la physique

Banc de poissons, essaim d’insectes et oiseaux volent en murmures. Aujourd’hui, de nouvelles recherches révèlent qu’au niveau le plus élémentaire, ce type de comportement de groupe forme un nouveau type de matière active, appelée état tourbillonnaire.

Lois physiques telles que Deuxième loi du mouvement de Newton – qui stipule que lorsqu’une force appliquée à un objet augmente, son accélération augmente et que lorsque la masse de l’objet augmente, son accélération diminue – s’applique à la matière passive et non vivante, allant des atomes aux planètes. Mais une grande partie de la matière dans le monde est de la matière active et se déplace sous sa propre force autodirigée, a déclaré Nikolai Brilliantov, mathématicien à l’Institut Skolkovo des sciences et technologies en Russie et à l’Université de Leicester en Angleterre. Des êtres vivants aussi divers que les bactéries, les oiseaux et les humains peuvent interagir avec les forces sur eux. Il existe également des exemples de matière active non vivante. Les nanoparticules, appelées «particules Janus», sont constituées de deux faces avec des propriétés chimiques différentes. Les interactions entre les deux côtés créent un mouvement autopropulsé.

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Pour explorer la matière active, Brilliantov et ses collègues ont utilisé un ordinateur pour simuler des particules qui pourraient s’autopropulser. Ces particules n’interagissaient pas consciemment avec l’environnement, a déclaré Brilliantov à 45Secondes.fr. Au contraire, ils s’apparentaient davantage à de simples bactéries ou nanoparticules avec des sources d’énergie internes, mais sans capacités de traitement de l’information.

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La première surprise a été que cet actif matière se comporte très différemment de la matière passive. Différents états de matière passive peuvent coexister, a déclaré Brilliantov. Par exemple, un verre d’eau liquide peut s’évaporer progressivement dans un état gazeux tout en laissant de l’eau liquide derrière. La matière active, en revanche, ne coexistait pas en différentes phases; tout était solide, tout liquide ou tout gaz.

Les particules étaient également regroupées sous forme de gros conglomérats, ou quasi-particules, qui se broyaient ensemble en un motif circulaire autour d’un vide central, un peu comme un tourbillon de sardines en banc. Les chercheurs ont surnommé ces conglomérats de particules des «tourbillons» et ont appelé le nouvel état de la matière qu’ils formaient un «état tourbillonnaire».

Dans cet état tourbillonnant, les particules affichaient un comportement bizarre. Par exemple, ils ont violé la deuxième loi de Newton: lorsqu’une force leur était appliquée, ils n’accéléraient pas.

« [They] il suffit de se déplacer avec une vitesse constante, ce qui est absolument surprenant », a déclaré Brilliantov.

Les simulations étaient basiques et le travail expérimental avec de la matière active du monde réel est une prochaine étape importante, a-t-il déclaré. Brilliantov et ses collègues prévoient également de faire des simulations plus complexes utilisant des particules de matière active dotées de capacités de traitement de l’information. Ceux-ci ressembleront davantage aux insectes et aux animaux et aideront à révéler les lois physiques régissant la scolarité, l’essaimage et le troupeau. En fin de compte, l’objectif est de créer des matériaux auto-assemblés à partir de matière active, a déclaré Brilliantov, ce qui rend important de comprendre les phases de ce type de matière.

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« Il est très important que nous voyions la nature de la matière active » est beaucoup plus riche que celle de la matière passive, a déclaré Brilliantov.

La recherche a été détaillée en octobre 2020 dans la revue Rapports scientifiques.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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