R-SQTH_QuanTheory-134-153-UK.indd 140
07/02/2014 10:04
Théorie en 30 secondes
140 g Extrêmes quantiques
BIOGRAPHIES EN 3 SECONDES
HEIKE KAMERLINGH ONNES
1853–1926
Physicien hollandais qui fut le
premier à liquéfier l’hydrogène
et à observer la supraconductivité. Il a remporté le prix Nobel
de physique en 1913 pour ses
travaux sur la matière à de
basses températures.
JOHN BARDEEN, LEON N.
COOPER et JOHN R. SCHRIEFFER
1908–1991, 1930– et 1931–
Physiciens américains qui se sont
partagé le prix Nobel de
physique de 1972 pour leurs
travaux sur la théorie de la
supraconductivité.
Les aimants
supraconducteurs
produisent une
lévitation et servent
à créer de puissants
champs magnétiques
pour les accélérateurs.
TEXTE EN 30 SECONDES
Brian Clegg
THÉORIES LIÉES
Voir aussi
LES JONCTIONS DE JOSEPHSON
page 126
LES SUPERFLUIDES
page 142
LE CONDENSAT DE
BOSE-EINSTEIN
page 144
RÉFLEXION EN 3 MINUTES
Le mécanisme des paires
de Cooper s’enclenche
seulement à de très basses
températures, et l’on a cru
que cette limite empêcherait les supraconducteurs
de fonctionner au-dessus
de 30 K (-243,15 °C), mais
l’invention, dans les années
1980, de supraconducteurs
« à haute température »
pouvant aller jusqu’à 135 K
(-138,15 °C), laisse espérer
un supraconducteur
fonctionnant à température ambiante. On ne sait
toujours pas jusqu’à
quelles températures
peuvent fonctionner les
supraconducteurs, mais
on croit que l’effet est lié
au spin de l’électron.
CONDENSÉ EN 3 SECONDES
Un changement de
compor tement quantique
de l’électron à de très basses
températures produit un
courant qui circule libre ment,
utilisé dans la production
d’électro-aimants
extrêmement puissants.
En 1911, le physicien hollandais
Heike Kamerlingh Onnes a testé les propriétés
du mercure à basse température. À sa grande
stupéfaction, à 4,2 K (-268,95 °C), sa résistance
électrique s’est purement et simplement
envolée ! Si l’on passait un courant dans un tel
supraconducteur, il s’écoulerait sans interruption
aussi longtemps que le matériau serait suffisamment froid. L’explication a été fournie en 1950
par les physiciens américains John Bardeen,
Leon Cooper et John Schrieffer. Ils ont découvert qu’à de basses températures, les électrons
forment des paires de Cooper, c’est-à-dire des
jumeaux qui se lient l’un à l’autre pour former
un boson. Ce genre de particules, comme les
photons, peuvent se rassembler dans un même
état, alors que les fermions, comme tout
électron normal, ne peuvent avoir qu’une seule
particule dans le même lieu et le même état.
À de très basses températures, il se forme un
« condensat », un amas de paires de Cooper
agissant comme une entité unique. Au lieu
d’électrons individuels traversant le conducteur,
on a une substance unique à laquelle les atomes
du matériau n’opposent aucune résistance.
C’est la supraconductivité qui explique les
aimants extraordinairement puissants des
appareils d’IRM et des accélérateurs de particules comme le Grand collisionneur de hadrons.
Elle est aussi à l’origine de l’effet Meissner.
LES
SUPRACONDUCTEURS
ThéorieQuantique-134-153.indd 140
14-05-06 13:07
07/02/2014 10:04
Théorie en 30 secondes
140 g Extrêmes quantiques
BIOGRAPHIES EN 3 SECONDES
HEIKE KAMERLINGH ONNES
1853–1926
Physicien hollandais qui fut le
premier à liquéfier l’hydrogène
et à observer la supraconductivité. Il a remporté le prix Nobel
de physique en 1913 pour ses
travaux sur la matière à de
basses températures.
JOHN BARDEEN, LEON N.
COOPER et JOHN R. SCHRIEFFER
1908–1991, 1930– et 1931–
Physiciens américains qui se sont
partagé le prix Nobel de
physique de 1972 pour leurs
travaux sur la théorie de la
supraconductivité.
Les aimants
supraconducteurs
produisent une
lévitation et servent
à créer de puissants
champs magnétiques
pour les accélérateurs.
TEXTE EN 30 SECONDES
Brian Clegg
THÉORIES LIÉES
Voir aussi
LES JONCTIONS DE JOSEPHSON
page 126
LES SUPERFLUIDES
page 142
LE CONDENSAT DE
BOSE-EINSTEIN
page 144
RÉFLEXION EN 3 MINUTES
Le mécanisme des paires
de Cooper s’enclenche
seulement à de très basses
températures, et l’on a cru
que cette limite empêcherait les supraconducteurs
de fonctionner au-dessus
de 30 K (-243,15 °C), mais
l’invention, dans les années
1980, de supraconducteurs
« à haute température »
pouvant aller jusqu’à 135 K
(-138,15 °C), laisse espérer
un supraconducteur
fonctionnant à température ambiante. On ne sait
toujours pas jusqu’à
quelles températures
peuvent fonctionner les
supraconducteurs, mais
on croit que l’effet est lié
au spin de l’électron.
CONDENSÉ EN 3 SECONDES
Un changement de
compor tement quantique
de l’électron à de très basses
températures produit un
courant qui circule libre ment,
utilisé dans la production
d’électro-aimants
extrêmement puissants.
En 1911, le physicien hollandais
Heike Kamerlingh Onnes a testé les propriétés
du mercure à basse température. À sa grande
stupéfaction, à 4,2 K (-268,95 °C), sa résistance
électrique s’est purement et simplement
envolée ! Si l’on passait un courant dans un tel
supraconducteur, il s’écoulerait sans interruption
aussi longtemps que le matériau serait suffisamment froid. L’explication a été fournie en 1950
par les physiciens américains John Bardeen,
Leon Cooper et John Schrieffer. Ils ont découvert qu’à de basses températures, les électrons
forment des paires de Cooper, c’est-à-dire des
jumeaux qui se lient l’un à l’autre pour former
un boson. Ce genre de particules, comme les
photons, peuvent se rassembler dans un même
état, alors que les fermions, comme tout
électron normal, ne peuvent avoir qu’une seule
particule dans le même lieu et le même état.
À de très basses températures, il se forme un
« condensat », un amas de paires de Cooper
agissant comme une entité unique. Au lieu
d’électrons individuels traversant le conducteur,
on a une substance unique à laquelle les atomes
du matériau n’opposent aucune résistance.
C’est la supraconductivité qui explique les
aimants extraordinairement puissants des
appareils d’IRM et des accélérateurs de particules comme le Grand collisionneur de hadrons.
Elle est aussi à l’origine de l’effet Meissner.
LES
SUPRACONDUCTEURS
ThéorieQuantique-134-153.indd 140
14-05-06 13:07