Travaillant dans le domaine très spécialisé de la physique de la matière condensée - fluides et autres solides quantiques - le professeur John Beamish et l'étudiant James Day du Département de Physique de l'Université d'Alberta au Canada ont annoncé avoir découvert un nouvel état de la matière, dans une lettre publiée le 6 décembre 2007 dans le magazine Nature. Beamish et Day sont les seuls chercheurs au Canada conduisant ce type de recherche dans le domaine de la physique fondamentale.
Du superfluide à la supersolidité
A très basse température, le gaz d'hélium devient liquide et se comporte comme un superfluide. Il change même de nom pour s'appeler l'hélium-II.
Sous une pression très élevée le liquide devient solide. Les physiciens ont manipulé cette matière pour étudier ses propriétés inhabituelles, cet état n'existant pas dans la nature dans des conditions normales.
A très basse température, le gaz d'hélium devient liquide et se comporte comme un superfluide. Il change même de nom pour s'appeler l'hélium-II.
Sous une pression très élevée le liquide devient solide. Les physiciens ont manipulé cette matière pour étudier ses propriétés inhabituelles, cet état n'existant pas dans la nature dans des conditions normales.
En 2004, une équipe de chercheurs américains de l'Université Penn State dirigée par le Dr. Moses Chan, avait déjà annoncé qu'elle avait probablement découvert un nouvel état de la matière, la supersolidité.
Les chercheurs ont découvert cette propriété en refroidissant de l'hélium solide jusqu'à une température proche du zéro absolu et en faisant osciller la matière à différentes fréquences. Ils ont découvert que les particules se comportaient d'une manière particulière, jamais vue jusqu'à présent, suggérant qu'elle pouvait présenter un "flux perpétuel" comme cela se produit dans les superfluides, notamment dans l'hélium-II.
Le Dr. Beamish et son étudiant ont réalisé plusieurs expériences. Dans une expérience qui n'avait encore jamais été faite, ils ont refroidi l'hélium solide puis l'ont étiré comme un élastique. Ce faisant, ils ont découvert que le solide se comportait de manière tout à fait nouvelle et inattendue, devenant encore plus dur à mesure que la température baissait.
"Les résultats expérimentaux obtenus à l'Université d'Alberta sont remarquables", a déclaré le Dr. Chan. "Le professor Beamish et son étudiant James Day ont découvert que le facteur de rigidité (le "shear modulus") de l'hélium solide augmentait de 20% lorsqu'il était refroidi en-dessous de 0.25 K. "
"De plus, la dépendance de la température du facteur de rigidité semble conserver le changement de période de l'oscillateur de torsion. Il semble que les deux phénomènes soient corrélés et qu'ils aient probablement la même origine mécanique". "C'est une importante percée depuis la première découverte", a déclaré Chan.
Les chercheurs ont découvert cette propriété en refroidissant de l'hélium solide jusqu'à une température proche du zéro absolu et en faisant osciller la matière à différentes fréquences. Ils ont découvert que les particules se comportaient d'une manière particulière, jamais vue jusqu'à présent, suggérant qu'elle pouvait présenter un "flux perpétuel" comme cela se produit dans les superfluides, notamment dans l'hélium-II.
Le Dr. Beamish et son étudiant ont réalisé plusieurs expériences. Dans une expérience qui n'avait encore jamais été faite, ils ont refroidi l'hélium solide puis l'ont étiré comme un élastique. Ce faisant, ils ont découvert que le solide se comportait de manière tout à fait nouvelle et inattendue, devenant encore plus dur à mesure que la température baissait.
"Les résultats expérimentaux obtenus à l'Université d'Alberta sont remarquables", a déclaré le Dr. Chan. "Le professor Beamish et son étudiant James Day ont découvert que le facteur de rigidité (le "shear modulus") de l'hélium solide augmentait de 20% lorsqu'il était refroidi en-dessous de 0.25 K. "
"De plus, la dépendance de la température du facteur de rigidité semble conserver le changement de période de l'oscillateur de torsion. Il semble que les deux phénomènes soient corrélés et qu'ils aient probablement la même origine mécanique". "C'est une importante percée depuis la première découverte", a déclaré Chan.
Notons que les propriétés des atomes d'hélium superfluide s'expliquent également par des phénomènes de corrélation et de cohérence au niveau quantique, les électrons s'attirant pour former des "paires de Cooper" à l'origine des propriétés extraordinaires du superfluide.
D'autres physiciens ont également étudié les implications de cette découverte. Il va sans dire que Beamish et Day ont contribué au progrès de nos connaissances sur les états fondamentaux de la matière.
D'autres physiciens ont également étudié les implications de cette découverte. Il va sans dire que Beamish et Day ont contribué au progrès de nos connaissances sur les états fondamentaux de la matière.
Aucun commentaire :
Enregistrer un commentaire