Dans une étude publiée dans Communications naturelles, des physiciens collaborateurs de Singapour et du Royaume-Uni ont signalé un analogue optique de la rue tourbillonnaire de Kármán (KVS). Cette impulsion optique KVS révèle des parallèles fascinants entre le transport des fluides et le flux d’énergie de la lumière structurée.
Yijie Shen, auteur principal de l'étude à l'Université technologique de Nanyang, déclare : « Nous introduisons un type d'impulsion lumineuse dont la structure du champ présente une similitude intéressante avec une rue de vortex de von Kármán, un modèle de vortex tourbillonnants observé dans la dynamique des fluides et des gaz et qui est responsable de le « chant » des lignes téléphoniques suspendues dans le vent. La lumière structurée présente une structure topologique robuste de skyrmions dans la matière du condenseur.
“Contrairement aux travaux antérieurs sur les faisceaux et impulsions skyrmioniques optiques, la configuration du champ skyrmionique dans les impulsions supertoroïdales non diffractantes (NDSTP) n'est pas limitée par la diffraction et persiste lors de la propagation sur des distances arbitraires. Nous prévoyons que les NDSTP inspireront des applications potentielles telles que la lumière- interactions de matière, microscopie à super résolution et métrologie.
Les skyrmions, particules topologiques sophistiquées initialement proposées comme modèle unifié du nucléon par Tony Skyrme en 1962, se comportent comme des vortex magnétiques à l'échelle nanométrique avec des textures spectaculaires. À ce jour, tous les skyrmions optiques connus dans l’espace libre ne se propagent pas ou n’existent qu’autour du foyer et s’effondrent rapidement lors de la propagation.
Néanmoins, comme les impulsions lumineuses proposées dans cet article ne se propagent pas pendant la propagation, de telles structures de champs skyrmioniques peuvent persister lors de la propagation des impulsions KVS. L'impulsion permet l'étude de la dynamique de propagation des champs électromagnétiques skyrmioniques et sera intéressante en tant que canal d'énergie dirigé pour les applications de transfert d'informations.
L'analogie entre le KVS dans les écoulements fluides et l'impulsion peut être approfondie en considérant par exemple le mouvement des électrons le long des rues vortex d'une impulsion magnétique transversale ou la propagation des impulsions dans des milieux non linéaires.
“Nous pensons que les singularités profondément sub-longueurs d'onde de ces impulsions peuvent être appliquées en métrologie et qu'elles pourraient intéresser ceux qui étudient la spectroscopie des excitations toroïdales dans la matière. De plus, les impulsions pourraient être exploitées pour le transfert d'informations à longue distance codées dans les caractéristiques topologiques de les impulsions, avec des applications potentielles dans les télécommunications, la télédétection et le LiDAR”, déclarent les auteurs.
Le KVS, un schéma d'écoulement classique de vortex tourbillonnants, est très organisé et se compose généralement de deux séquences de vortex, un de chaque côté du corps, avec des circulations de signes opposés, célèbre pour sa beauté esthétique et son immense puissance.
Dans le musée de l'église Saint-Dominique de Bologne, en Italie, se trouve un tableau représentant Saint-Christophe transportant l'enfant Jésus à travers une rivière. Le peintre a représenté des tourbillons entrelacés derrière les pieds nus de Christophe. Theodore von Kármán a déclaré que ses recherches sur les rues vortex avaient été inspirées par ce tableau. Cela représente une intersection fascinante entre la science et les sciences humaines.
En 1940, un pont suspendu nommé Tacoma Narrow Bridge, achevé en seulement quatre mois, a subi des dommages dus à la génération de rues vortex causées par sa mauvaise conception, entraînant des vibrations et des résonances. Cet événement marquait la première fois que l’humanité reconnaissait l’immense pouvoir du KVS.
Plus d'information:
Yijie Shen et al, Impulsions supertoroïdales non diffractantes et “rues vortex Kármán” optiques, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-48927-5
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
Citation: Des physiciens signalent un analogue optique de la rue du vortex de Kármán (13 juin 2024) récupéré le 14 juin 2024 sur
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