Transmission parfaite à travers la barrière grâce au son –

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  • La transmission parfaite du son à travers une barrière est difficile à réaliser, voire impossible, compte tenu de nos connaissances existantes. Cela est également vrai avec d’autres formes d’énergie telles que la lumière et la chaleur.

    Une équipe de recherche dirigée par le professeur Xiang Zhang, président de l’Université de Hong Kong (HKU) alors qu’il était professeur à l’Université de Californie à Berkeley (UC Berkeley) a pour la première fois prouvé expérimentalement une théorie quantique vieille d’un siècle qui relativiste les particules peuvent traverser une barrière avec une transmission de 100%. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la meilleure revue académique Science.

    Tout comme il nous serait difficile de sauter par-dessus un haut mur épais sans accumuler suffisamment d’énergie. En revanche, il est prédit qu’une particule microscopique dans le monde quantique peut traverser une barrière bien au-delà de son énergie quelle que soit la hauteur ou la largeur de la barrière, comme si elle était «transparente».

    Dès 1929, le physicien théoricien Oscar Klein a proposé qu’une particule relativiste peut pénétrer une barrière potentielle avec une transmission de 100% sur une incidence normale sur la barrière. Les scientifiques ont appelé ce phénomène exotique et contre-intuitif la théorie du “tunnel de Klein”. Au cours des 100 années suivantes, les scientifiques ont essayé diverses approches pour tester expérimentalement le tunnel de Klein, mais les tentatives ont échoué et les preuves expérimentales directes font toujours défaut.

    L’équipe du professeur Zhang a mené l’expérience dans des cristaux phononiques artificiellement conçus avec un réseau triangulaire. Les propriétés de dispersion linéaire du réseau permettent d’imiter la quasiparticule relativiste de Dirac par excitation sonore, ce qui a conduit à l’observation expérimentale réussie du tunnel de Klein.

    “C’est une découverte passionnante. Les physiciens quantiques ont toujours essayé d’observer le tunnel de Klein dans les expériences de particules élémentaires, mais c’est une tâche très difficile. Nous avons conçu un cristal phononique similaire au graphène qui peut exciter les quasi-particules relativistes, mais contrairement au matériau naturel du graphène. , la géométrie du cristal phononique fabriqué par l’homme peut être ajustée librement pour atteindre avec précision les conditions idéales qui ont permis la première observation directe du tunnel de Klein », a déclaré le professeur Zhang.

    Cette réalisation représente non seulement une percée en physique fondamentale, mais présente également une nouvelle plate-forme pour explorer les systèmes macroscopiques émergents à utiliser dans des applications telles que les dispositifs logiques sur puce pour la manipulation du son, le traitement du signal acoustique et la récupération d’énergie sonore.

    «Dans les communications acoustiques actuelles, la perte de transmission d’énergie acoustique sur l’interface est inévitable. Si la transmittance sur l’interface peut être augmentée à près de 100%, l’efficacité des communications acoustiques peut être grandement améliorée, ouvrant ainsi des applications de pointe. Ceci est particulièrement important lorsque la surface ou l’interface joue un rôle en gênant la précision de la détection acoustique telle que l’exploration sous-marine. La mesure expérimentale est également propice au développement futur de l’étude des quasiparticules avec des propriétés topologiques dans les cristaux phononiques qui pourraient être difficiles à réaliser dans d’autres systèmes », a déclaré le Dr Xue Jiang, ancien membre de l’équipe de Zhang et actuellement chercheur associé au Département de génie électronique de l’Université de Fudan.

    Le Dr Jiang a souligné que les résultats de la recherche pourraient également bénéficier aux dispositifs biomédicaux. Cela peut aider à améliorer la précision de la pénétration des ultrasons à travers les obstacles et à atteindre des cibles désignées telles que les tissus ou les organes, ce qui pourrait améliorer la précision des ultrasons pour un meilleur diagnostic et un meilleur traitement.

    Sur la base des expériences actuelles, les chercheurs peuvent contrôler la masse et la dispersion de la quasi-particule en excitant les cristaux phononiques avec différentes fréquences, réalisant ainsi une configuration expérimentale flexible et un contrôle marche / arrêt du tunnel de Klein. Cette approche peut être étendue à d’autres structures artificielles pour l’étude de l’optique et de la thermotique. Il permet le contrôle sans précédent de quasiparticule ou de front d’onde, et contribue à l’exploration d’autres phénomènes physiques quantiques complexes.

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par L’Université de Hong Kong. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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