Appelé état tourbillonnaire, l’état de matière active récemment découvert est composé de tourbillons, formés par des groupes de quasi-particules actives en orbite autour de leur centre de masse commun.
Les tourbillons ont un comportement surprenant : en réponse à une charge externe, ils se déplacent à une vitesse constante proportionnelle à la force appliquée, tout comme les objets dans les milieux visqueux ; ils s’attirent et fusionnent pour former un tourbillon commun plus grand. Crédit image : Oleg Gamulinskiy.
La matière active est une substance composée de particules actives qui font preuve de motilité, c’est-à-dire de la capacité de se déplacer et d’effectuer un travail mécanique en dépensant de l’énergie métabolique.
Les particules actives consomment l’énergie de l’environnement et s’éloignent de l’équilibre.
La matière vivante fournit une quantité innombrable d’exemples de systèmes à particules actives. D’autres exemples concernent la robotique, la biomédecine et les sciences sociales.
La caractéristique la plus marquante des systèmes de particules actives est la formation de structures auto-organisées. Parmi celles-ci, on trouve d’intrigants motifs de fraisage émergeant en mouvement circulaire, lorsqu’un groupe d’individus se suit autour d’un noyau vide.
De tels motifs tourbillonnants ont été observés pour des animaux à différents stades d’évolution, allant des vers et insectes végétaux aux poissons.
Dans cette nouvelle étude, le professeur Nikolai Brilliantov de l’Université de Leicester et ses collègues ont examiné de grands systèmes de particules actives.
Ils ont observé la formation de phases gazeuses, liquides et solides classiques, mais aussi un nouvel état de la matière active – un état tourbillonnaire.
Ce nouvel état présente un comportement étonnant : au lieu de se déplacer avec une accélération, les groupes de quasi-particules se déplacent à une vitesse constante, proportionnelle à la force appliquée et dans la même direction que la force. Ce comportement semble violer la deuxième loi de Newton.
“Nous avons été complètement déconcertés de voir comment ces quasi-particules tourbillonnent au sein de la matière active, se comportant comme des super-particules individuelles aux propriétés surprenantes, notamment le fait de ne pas se déplacer avec accélération lorsqu’une force est appliquée, et de se rassembler lors d’une collision pour former des tourbillons de masse plus importante”, a déclaré le professeur Brilliantov.
“Ces schémas ont déjà été observés pour des animaux à différents stades d’évolution, allant des vers et insectes végétaux aux poissons, mais plutôt comme des structures singulières, et non comme une phase qui borde d’autres phases, ressemblant aux phases gazeuses et liquides de la matière ‘normale’.”
“Il est toujours passionnant d’envisager d’approfondir notre compréhension des phénomènes nouveaux et de leurs principes physiques directeurs”, a ajouté le professeur Ivan Tyukin, également de l’Université de Leicester.
“Ce que nous savons à ce jour est tellement moins que ce qu’il y a à savoir”.
“Le phénomène du ‘swirlon’ fait partie de la partie émergée de l’iceberg des connaissances cachées. Il nous laisse avec l’éternelle question : Qu’est-ce que nous ne savons pas d’autre ?”
La découverte est rapportée dans un article publié dans le journal. Scientific Reports.
