superfluidité
"Peut-on voir au moins une propriété quantique de la matière à l’œil nu ? Oui, il suffit de regarder de l'hélium liquide à
suffisamment basse température. Je montrerai un liquide qui cesse de
bouillir, jaillit en fontaine lorsqu'on le chauffe, s'écoule sans
viscosité hors des récipients où l'on tente de l'enfermer (d'où son nom
de " superfluide ")...
J'expliquerai ensuite comment ces propriétés surprenantes ont été associées au comportement collectif quantique des atomes, un phénomène connu sous le nom de " Condensation de Bose-Einstein ". Les différents états de la matière correspondent à différents degrés d'ordre ou de désordre. Lorsqu'un liquide cristallise, par exemple, c'est la position des atomes dans l'espace qui s'ordonne. Lorsqu'un fluide devient superfluide c'est leurs mouvements qui deviennent collectifs. De même qu'un superfluide coule sans viscosité, un supraconducteur conduit l'électricité sans résistance. La superfluidité est semblable à la supraconductivité des métaux. Connue depuis 1937 dans l'hélium, la superfluidité a été découverte en 1999 dans différentes vapeurs alcalines. Nous verrons que la rotation d'un superfluide est très particulière, parce que quantifiée. Dans l'hélium comme dans le rubidium, nous montrerons des images de tourbillons quantiques où la vitesse du fluide est reliée à la constante de Planck. Pour conclure, nous décrirons comment la superfluidité peut servir à mesurer la rotation de la terre, et pourquoi l'on pense que l'intérieur des étoiles à neutrons est superfluide."
Ce qu'il faut retenir
La superfluidité
"Peut-on voir au moins une propriété quantique de la matière à l’œil nu ? Oui, il suffit de regarder de l'hélium liquide à
suffisamment basse température. Je montrerai un liquide qui cesse de
bouillir, jaillit en fontaine lorsqu'on le chauffe, s'écoule sans
viscosité hors des récipients où l'on tente de l'enfermer (d'où son nom
de " superfluide ")...
J'expliquerai ensuite comment ces propriétés surprenantes ont été associées au comportement collectif quantique des atomes, un phénomène connu sous le nom de " Condensation de Bose-Einstein ". Les différents états de la matière correspondent à différents degrés d'ordre ou de désordre. Lorsqu'un liquide cristallise, par exemple, c'est la position des atomes dans l'espace qui s'ordonne. Lorsqu'un fluide devient superfluide c'est leurs mouvements qui deviennent collectifs. De même qu'un superfluide coule sans viscosité, un supraconducteur conduit l'électricité sans résistance. La superfluidité est semblable à la supraconductivité des métaux. Connue depuis 1937 dans l'hélium, la superfluidité a été découverte en 1999 dans différentes vapeurs alcalines. Nous verrons que la rotation d'un superfluide est très particulière, parce que quantifiée. Dans l'hélium comme dans le rubidium, nous montrerons des images de tourbillons quantiques où la vitesse du fluide est reliée à la constante de Planck. Pour conclure, nous décrirons comment la superfluidité peut servir à mesurer la rotation de la terre, et pourquoi l'on pense que l'intérieur des étoiles à neutrons est superfluide."
Ce qu'il faut retenir
- La supraconductivité est due à un écoulement superfluide de charges électriques. Or, la superfluidité vient de ce qu'elles sont portées par des particules qui sont des bosons.
- La lumière est également constituée de bosons mais, pour qu'elle se comporte comme un superfluide, il faut faire appel à l'optique des milieux non-linéaires.
- Des écoulements superfluides de lumière avec des « polaritons » (des quasi-particules) ont déjà été produits à basses températures. Dans cette expérience, pour la première fois, le phénomène a été obtenu à température ambiante.
Parfois, la lumière serait un superfluide
Article de Laurent Sacco publié le 02/11/2010
Selon
deux chercheurs de l'université Paris-Sud et du CNRS, dans certaines
conditions, la lumière peut être considérée comme un superfluide se
propageant dans un milieu non-linéaire. Cette affirmation n'est pour
l'instant que théorique mais des expériences le prouvant peuvent être
réalisées.
Il y a presque un siècle,
le Hollandais Heike Kamerlingh Onnes produisait de l'hélium liquide pour
la première fois. Quelques années plus tard, en 1911 plus précisément,
il se lança dans l'étude des propriétés électriques de métaux monoatomiques à très basses températures comme le mercure, l'étain et plomb.
À cette époque, la théorie cinétique des gaz de Boltzmann et celle des
électrons de Hendrik Lorentz basée sur cette dernière sont enfin prises
au sérieux. Certains scientifiques, dont le célèbre Lord Kelvin, en
déduisent qu'au sein d'un conducteur les électrons devraient être à
l'arrêt complet au zéro absolu. Si tel était le cas, cela signifierait
que la résistivité électrique doit tendre vers l'infinie au fur et à mesure que l'on s'approche de la température de 0 kelvin (K).