Molécules de solitons noirs dans un superfluide de polariton

Les solitons sont des ondes localisées se propageant avec une forme inchangée dans un milieu non linéaire. Depuis leur première observation en eaux peu profondes, les solitons ont été observés dans de nombreux systèmes physiques différents. 

Les solitons peuvent être brillants, avec un maximum localisé, ou noirs, avec un creux sur un fond homogène. Dans ce travail, nous utilisons une nouvelle technique entièrement optique pour imprimer des solitons noirs dans un type de fluide quantique et montrons que deux solitons noirs peuvent se lier pour former une «molécule de solitons». 

Les solitons brillants sont connus pour s’attirer ou se repousser les uns les autres, par ailleurs, des travaux antérieurs ont montré que les solitons sombres ne subissent que des forces de répulsion mutuelles, sauf dans les milieux avec des interactions non locales à longue portée. 

Nos résultats montrent que ce n’est pas toujours le cas: les solitons sombres peuvent également s’attirer les uns les autres dans les milieux avec des interactions locales, comme c’est le cas pour un fluide quantique de polaritons, quasiparticules composées d’un photon couplé à un dipôle électrique. Nous montrons que deux solitons sombres peuvent être imprimés parallèlement l’un à l’autre et liés pour former une «molécule» stable, qui se propage dans le fluide sur des distances macroscopiques.  

Nos résultats constituent une avancée significative dans la compréhension des phénomènes non linéaires dans les fluides quantiques hors équilibre, et notre technique tout optique ouvre la voie à l’étude systématique de la turbulence quantique.