Particules surfant sur leur propre champ : vers des analogues quantiques acoustiques

Particles surfing on their own acoustic waves: toward acoustic quantum analogues

• Auteur / Autrice : Yves Desille
• Direction : Michael Baudoin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie

Mots clés

Mots clés libres

Analogues acoustiques quantiques

Particules surfant sur leur propre champ

Oscillateurs non linéaires couplés

Acoustic Analogs of the spin in Quantum mechanics

Self-propelled acoustic sources

Non-linear couplings of oscillators

Résumé

Les analogies ont toujours été une source puissante d'inspiration en physique. En 2005, Couder et Fort ont dévoilé un système classique exhibant une dualité onde-particule, composé d'une goutte auto-propulsée entraînée par une interaction résonante avec son propre champ d'ondes. Avec ce système, ils ont pu reproduire une multitude de comportements autrefois considérés comme appartenant au domaine quantique. Cependant, ce système présente également certaines limitations strictes : il est intrinsèquement bidimensionnel et limité dans sa mémoire par des effets dissipatifs. De plus, il ne peut principalement exciter que des vibrations monopolaires et nécessite une déconnexion périodique entre la particule et son champ d'ondes dans une dimension spatiale supplémentaire. L'objectif principal de ce projet est de concevoir des analogues quantiques acoustiques qui surmontent ces limitations, puis d'explorer leur capacité et leurs limites à reproduire un comportement de type quantique. Ces analogues quantiques acoustiques se rapportent à notre découverte récente qu'une source acoustique peut être auto-propulsée par son propre champ acoustique grâce à un effet non linéaire appelé la force de radiation acoustique. La propulsion résulte d'une asymétrie arrière/avant du champ rayonné due à l'effet Doppler lorsque la source commence à se déplacer. Dans ce projet, nous allons d'abord approfondir cet effet théoriquement et en particulier développer un modèle complet de la dynamique onde-particule, des interactions et de la mémoire. Ensuite, nous explorerons différentes voies pour matérialiser ces surfeurs acoustiques. Enfin, nous utiliserons les nouvelles possibilités offertes par ces analogues quantiques pour tester davantage les capacités des systèmes classiques basés sur les ondes pilotes à reproduire certains comportements de type quantique.

Analogies have always been a powerful source of inspiration in physics. In 2005, Couder & Fort unveiled a classical system exhibiting a wave-particle duality, made of a self-propelling drop driven by a resonant interaction with its own wavefield. With this system, they were able to reproduce a wealth of behaviors previously thought to belong to the quantum realm. Yet this system also has some stringent limitations: it is inherently 2D and limited in its memory by dissipative effects. Also, it can mainly excite monopolar vibrations and requires a periodic disconnection between the particle and its wavefield in an additional space dimension. The primary objective of this project is to design some acoustic quantum analogues which overcome these limitations, and then explore their ability and limits to reproduce quantum-like behavior. These acoustics quantum analogues relate to our recent discovery that an acoustic source can be self-propelled by its own acoustic field through a nonlinear effect called the acoustic radiation force. The propulsion arises due to a backward/forward asymmetry of the radiated field due to the Doppler effect when the source starts moving. In this project we will first further investigate this effect theoretically and in particular develop a full model of the wave-particle dynamics, interactions, and memory. Then we will explore different paths to materialize these acoustic surfers. Finally, we will use the new possibilities offered by these quantum analogues to further test the abilities of classical system based on pilot wave to reproduce some quantum-like behaviors.