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Avec le « supersolide », des chercheurs affirment avoir créé une cinquième matière

S’il existe à notre connaissance seulement quatre états de matière, à savoir solide, liquide, gazeux et plasma, des chercheurs du MIT et de l’ETH Zurich semblent en avoir créé une cinquième : la supersolidité. Prédite par des théoriciens russes il y a plus de 50 ans sans jamais avoir été démontrée, cette matière « supersolide » qui combine les propriétés solides et liquides aurait enfin été créée.

 

Qu’est-ce que la « supersolidité » ?

Créé dans les laboratoires des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et à l’ETH Zurich en Suisse, la matière « supersolide » combine les propriétés des solides et des superfluides – ou des fluides à viscosité nulle, c’est-à-dire sans résistance ou adhérence, ce qui caractérise un superfluide.

« Il est contre-intuitif d’avoir un matériau qui combine la superfluidité et la solidité », affirme le chef d’équipe Wolfgang Ketterle, professeur au MIT et Prix Nobel de Physique en 2001. « Si votre café était superfluide et que vous le remuez, il continuerait à tourner perpétuellement ». Leurs recherches ont été publiées dans la revue Nature.

Wolfgang Ketterle

 

Quelle est la base de cette expérience ?

Les deux équipes originaires de pays différents ont toutes deux utilisé un condensât de Bose-Einstein (BEC), un type étrange de gaz pour créer leurs supersolides avec des procédés différents. Le BEC est un état de matière qui apparait à des températures extrêmement froides dans lesquelles les atomes se comportent comme des ondes. La matière idéale pour espérer créer un supersolide puisque c’est déjà un superfluide.

Avec des techniques légèrement différentes, les équipes ont utilisé ces gaz ultra-froids pour les entraîner dans une phase quantique de la matière avec une structure rigide comme un solide, tout en coulant comme un superfluide.

La vidéo ci-dessous vous explique la formation du condensât de Bose-Einstein :

 

Comment s’y sont pris les chercheurs suisses ?

Pour former le condensât de Bose-Einstein dans un premier temps, les chercheurs suisses ont placé une petite quantité de gaz rubidium dans une chambre à vide, où ils l’ont refroidi à des températures proches du zéro absolu.

Ensuite, ils ont placé le condensât dans un appareil avec deux chambres de résonance optique, chacune constituée de deux minuscules miroirs opposés. En utilisant des lasers, les particules ont adopté les caractéristiques d’un solide, à savoir une structure régulière cristalline, tout en gardant ses propriétés superfluides.

Vue en détail du montage expérimental, montrant les quatre miroirs opposés créant une chambre de résonance optique.

 

Qu’en est-il des chercheurs du MIT ?

Pour obtenir le condensât de Bose-Einstein, les chercheurs du MIT ont transformé des atomes de sodium en utilisant une combinaison de méthodes de refroidissement par laser et par évaporation. Ensuite, ils ont utilisé des lasers pour lui donner une structure cristalline solide. Bien que les méthodes soient différentes, les résultats restent les mêmes : la création d’une matière solide qui coule comme un superfluide, c’est-à-dire sans aucun ajout d’énergie.

Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans la revue Nature.

L’équipement dans lequel la matière « supersolide » a été créée

 

Que sait-on actuellement de cette 5e matière ? Quelles applications ?

La mise en application de cette matière « supersolide » n’est pas d’actualité, puisqu’elle ne peut exister que dans des conditions de très haut vide à des températures extrêmement basses.

Toutefois, une étude plus approfondie du supersolide pourrait conduire à une meilleure compréhension des propriétés des superfluides et des supraconducteurs, des matériaux incroyablement utiles qui conduisent l’électricité sans résistance (pas de perte). D’autre part, le supersolide pourrait également être crucial pour le développement de meilleurs aimants et capteurs supraconducteurs.

Illustration d’un état supersolide, dans lequel les propriétés d’un fluide sans frottement et d’un état cristallin coïncident

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