DAVID M.LEE

PRIX NOBEL 1996
SUPERFLUIDE
CANAL
SUPRACONDUCTIVITE
BOSE-EINSTEIN
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Physicien américain, David M. Lee est né en 1931 à Rye (Etat de New York), a étudié à Yale et enseigne à l`Université Cornell (Ithaca, NY). Le Prix Nobel de physique 1996 lui a été attribué, ainsi qu`à Douglas Osheroff et Robert Richardson, pour leurs travaux dans la physique des basses températures. Avec un équipement de leur conception, ils ont découvert qu`à une température de quelques millièmes de degré au-dessus du zéro absolu, l`hélium-3 (un isotope de ce gaz) devenait un superfluide. Cette découverte aura des effets dans des domaines aussi divers que l`appareillage électronique et l`étude du cosmos (naissance des galaxies).tv5

Les Nobel de 1996 ont découvert que cet isotope (l’hélium-3) est aussi suprafluide, mais à une température mille fois plus petite que l’hélium 4.

Le prix Nobel de physique 1996 a été décerné à trois physiciens américains, David M. Lee, Douglas D. Osheroff et Robert C. Richardson, pour leur découverte de la suprafluidité de l'hélium-3, en 1972, dans les laboratoires de l'Université Cornell, dans l'état de New-York. Ce court article vise à préciser l'objet de cette découverte.

Rappelons pour commencer que toutes les particules (simples ou composées) sont soit des « bosons », soit des « fermions ». Les fermions obéissent au principe de Pauli, qui stipule qu'on ne peut placer deux particules de même espèce dans le même état quantique. Les électrons, par exemple, sont des fermions. Les bosons ne suivent pas ce principe et on peut placer un nombre arbitrairement grand de bosons dans le même état quantique. Le photon est un exemple de boson et ce caractère se manifeste dans les lasers.

L'hélium existe en deux isotopes : l'hélium-4 (4He) est l'isotope courant, représentant pratiquement 100 % de l'hélium naturel. Son noyau comporte deux protons et deux neutrons (un nombre pair de nucléons) de sorte que l'atome est un boson. L'autre isotope est l'hélium-3 (3He), qui ne comprend qu'un seul neutron et deux protons, de sorte que l'atome d'hélium-3 est un fermion. L'hélium-3 est très rare (un atome sur un million) et s'obtient en pratique de la désintégration du tritium, isotope instable de l'hydrogène utilisé principalement dans les ... armes nucléaires. Les deux isotopes ont les mêmes propriétés chimiques et ressentent les mêmes forces interatomiques, car leurs structures électroniques sont les mêmes. Rappelons que l'hélium (toutes variétés) est un gaz inerte qui devient liquide à une température absolue très basse : environ 4o K (degrés Kelvin); en comparaison, la température de la pièce est d'environ 300o K. Lorsque l'hélium-4 est refroidi en deça de 2,17o K une fraction importante des atomes se placent dans l'état quantique fondamental et donc agissent tous de la même façon : une fraction du liquide se comporte alors comme un seul objet quantique et perd toute viscosité, ce qui donne lieu à des phénomènes plutôt étranges. Ce phénomène, découvert dans les années 1930, s'appelle « suprafluidité » et le liquide est dit « suprafluide ». Par exemple, un suprafluide peut s'écouler d'un contenant en grimpant tout seul sur la paroi et en retombant de l'autre côté, ce qui semble défier la gravité! Il peut s'écouler par des ouvertures si petites qu'elles bloquent même l'hélium gazeux, etc. La suprafluidité, comme la supraconductivité, est une manifestation de la mécanique quantique à l'échelle macroscopique, alors que les phénomènes quantiques sont habituellement observés dans des systèmes microscopiques (atomes, molécules, etc.).
Physique