Des dynamiques prédateur-proie aux oscillations non linéaires : une nouvelle étude sur les interactions non réciproques

ParisDes chercheurs de l'Université de Vienne ont fait progresser l'étude des interactions non réciproques avec des nanoparticules de verre piégées optiquement. En explorant les dynamiques non hermitiennes et non linéaires dans ces systèmes, ils ont perfectionné la technique traditionnelle de lévitation optique.

Points clés :

• Les pinces optiques permettent d'isoler les mouvements des particules et de les contrôler avec précision.
• Les interactions non réciproques créent une dynamique de poursuite et de fuite.
• Les analogies prédateur-proie illustrent la nature non réciproque.
• La dynamique non linéaire amplifie les amplitudes des oscillations.

Des pinces optiques, inventées par Arthur Ashkin, permettent aux scientifiques de manipuler de minuscules particules avec une grande précision. Une équipe de l'Université de Vienne, dirigée par Uroš Delić, a utilisé ces pinces pour créer un système dans lequel deux nanoparticules de verre se déplacent en va-et-vient dans des zones séparées. Ils ont ajusté les phases du faisceau laser et les distances entre les particules pour générer des interactions unidirectionnelles, semblables à des dynamiques prédateur-proie.

Dans cette configuration, un mouvement d'une particule entraîne celui de l'autre. Cette interaction génère des forces plus puissantes qui maintiennent les particules en oscillation constante. Ce mouvement ininterrompu se produit lorsque la force d'interaction dépasse la friction, illustrant ainsi

la dynamique non linéaire.

Benjamin Stickler de l'Université d'Ulm a collaboré avec l'équipe pour développer le modèle théorique. Les résultats expérimentaux ont bien correspondu au modèle, démontrant que cette configuration permet d'observer de manière efficace des comportements plus complexes dans des systèmes plus vastes. Stickler a souligné que les forces non réciproques et non linéaires sont similaires à de nombreux phénomènes naturels, rendant cette étude largement pertinente.

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L'étude révèle que :

• Les techniques traditionnelles de lévitation optique peuvent être enrichies par des interactions non réciproques.
• Ces interactions rompent la symétrie parité-temps.
• Des interactions non réciproques fortes peuvent induire des oscillations dynamiques et continues.

Les interactions non réciproques sont courantes dans la nature, telles que la relation prédateur-proie où un organisme chasse et l'autre tente d'échapper à la prédation. Les chercheurs ont utilisé un système optique spécial qui leur a permis de contrôler ces interactions avec une grande précision.

Manuel Reisenbauer, chercheur doctorant au sein de l’équipe, a souligné qu'il était facile de contrôler leur modèle, un peu comme programmer un jeu vidéo. Quand les particules n'interagissaient pas, elles suivaient un schéma simple. Toutefois, avec des actions anti-réciproques, leur comportement devenait plus complexe.

Les amplitudes accrues des oscillations et le comportement non linéaire qui en résulte rappellent les schémas observés en physique des lasers. Cette comparaison offre une nouvelle perspective pour comprendre le lien entre de minuscules mouvements mécaniques et le comportement des lasers.

Les découvertes ouvrent des perspectives pour diverses applications :

• Détection de force et de couple basée sur des forces non réciproques.
• Analyse des systèmes quantiques ouverts grâce aux interactions non réciproques.
• Compréhension approfondie des dynamiques non-Hermitiennes sur différentes plateformes.

En combinant ce système expérimental avec des méthodes de contrôle quantique, de nouvelles recherches sur les systèmes quantiques à peu de corps interagissant unidirectionnellement pourraient émerger. Cette étude revêt une importance capitale pour les futures découvertes scientifiques.