Des physiciens japonais ont créé en laboratoire un système de plus de 10 000 particules capable de maintenir pendant plus d’une heure un comportement qui semble contourner la troisième loi de Newton. Publiée dans Physical Review Letters, l’expérience ne remet pas en cause la physique classique, mais montre comment des interactions artificiellement rendues non réciproques peuvent produire des mouvements collectifs inattendus.
Des particules qui se poursuivent spontanément
L’équipe de l’Université des sciences de Tokyo a placé dans l’eau des particules colloïdales de polystyrène de deux tailles différentes, avec des rayons de 1 et 1,5 micromètre. L’ensemble a ensuite été confiné entre des électrodes transparentes et soumis à un champ électrique alternatif.
Les particules les plus grandes génèrent alors des flux électrohydrodynamiques plus intenses. Elles attirent donc davantage les petites particules que celles-ci ne les attirent en retour. Cette asymétrie rompt la réciprocité habituelle de l’interaction et conduit certaines paires à se déplacer comme si elles disposaient de leur propre propulsion (voir image plus bas).
A noter toutefois qu’il ne s’agit pas à proprement parler d’une véritable violation des lois de Newton : l’énergie apportée par le champ électrique et le liquide environnant font partie du système physique global.
Une matière qui s’assemble puis se désagrège
Le comportement devient encore plus étonnant à grande échelle. Les paires mobiles forment des amas qui grossissent, se fragmentent puis se recomposent continuellement. Lorsque les chercheurs utilisent uniquement des particules de même taille, cette dynamique disparaît et des structures cristallines statiques se forment progressivement.
Les particules marquées d’une flèche semblent se mouvoir par elles-mêmes
Ces travaux rejoignent l’étude de la matière active et de l’auto-organisation, des domaines susceptibles d’inspirer de nouvelles générations de matériaux contrôlables. Des concepts similaires intéressent déjà la recherche en microrobotique, où le déplacement coordonné d’objets minuscules représente un enjeu majeur.
Les chercheurs estiment également que des interactions non réciproques pourraient aider à comprendre certains comportements collectifs observés dans les colonies cellulaires ou les groupes d’animaux. L’expérience offre ainsi un nouvel outil pour étudier comment des règles locales très simples peuvent faire émerger des organisations complexes à grande échelle.
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