« Ce moment restera dans l’histoire de la physique » : ce mystère quantique ignoré depuis 90 ans vient enfin d’être observé dans un laboratoire du MIT

Des chercheurs du MIT filment pour la première fois le mystérieux « second son » dans un gaz superfluide

Une percée historique vient d’être réalisée au MIT : des physiciens ont enfin observé visuellement le « second son », un phénomène quantique où la chaleur se propage comme une onde sonore.

Théorisé en 1938, il n’avait jamais été directement capté… jusqu’à aujourd’hui. Une avancée qui pourrait bouleverser aussi bien notre compréhension des étoiles à neutrons que le développement des supraconducteurs du futur.

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La chaleur se comporte comme une onde sonore dans des conditions extrêmes

Imaginez une moitié de réservoir chauffée presque à ébullition. En temps normal, la chaleur s’y diffuse progressivement. Mais dans certains matériaux appelés superfluides, la chaleur se propage comme une onde, sans mouvement du fluide lui-même. Ce comportement étrange, baptisé « second son », avait été prédit par le physicien László Tisza en 1938.

Grâce à une technique inédite, l’équipe du professeur Martin Zwierlein a réussi à filmer ce phénomène pour la première fois dans un gaz d’atomes de lithium-6 ultrafroids. Jusqu’à présent, seuls de faibles indices indirects laissaient présager son existence.

Une méthode inédite permet enfin de cartographier la chaleur dans un gaz quantique

Le défi était immense : comment mesurer la chaleur dans un gaz si froid qu’il ne produit aucune émission infrarouge ? Pour contourner cet obstacle, les physiciens du MIT ont exploité une propriété unique : la fréquence de résonance des atomes varie avec la température. Ainsi, en appliquant des ondes radio ciblées, ils ont réussi à faire « vibrer » uniquement les atomes plus chauds, créant une sorte de carte thermique vivante.

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Le professeur Richard Fletcher, coauteur de l’étude, résume l’importance de cette avancée : « Pour la première fois, nous pouvons photographier la transition d’un fluide normal vers un superfluide. » Par conséquent, ce procédé pourrait, à l’avenir, servir à cartographier la chaleur dans d’autres matériaux quantiques extrêmes.

Des retombées majeures pour comprendre les étoiles et développer les technologies du futur

Les applications de cette percée sont multiples. Par exemple, les étoiles à neutrons contiennent probablement en leur cœur des superfluides de neutrons. Comprendre la dynamique thermique de ces systèmes pourrait aider à mieux modéliser leur structure et leur évolution.

Sur Terre, cette avancée pourrait aussi accélérer la mise au point des supraconducteurs à haute température. Ces matériaux, capables de transporter l’électricité sans perte d’énergie, représentent un enjeu clé pour les technologies de demain : transports magnétiques, énergie verte, calculs quantiques…

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Martin Zwierlein souligne d’ailleurs une analogie fascinante : « Il existe des connexions entre notre nuage de gaz et le comportement des électrons dans les supraconducteurs. » De ce fait, cette découverte pourrait jouer un rôle structurant dans plusieurs domaines scientifiques.

Une porte s’ouvre sur des phénomènes quantiques encore inexplorés

Ce qui était autrefois une idée théorique vieille de 90 ans devient aujourd’hui un outil d’exploration quantique. En effet, cette première image du second son pourrait déboucher sur :

• L’étude de nouveaux superfluides.
• L’analyse de leurs interactions quantiques.
• Le développement de modèles prédictifs pour les matériaux avancés.

Cette prouesse marque un tournant pour la science fondamentale, puisqu’elle démontre qu’il est encore possible de filmer l’invisible. Le second son, longtemps insaisissable, devient un signal lisible. Et avec lui, une promesse d’innovation à la croisée de la physique, de l’astrophysique et des technologies quantiques.

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