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Un supersolide créé pour la première fois en laboratoire
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Un supersolide créé pour la première fois en laboratoire

Nombre de phénomènes de la physique quantique semblent paradoxaux. Les supersolides en sont un exemple. Il s'agit d'un cristal solide qui présente dans certaines conditions les propriétés d’un superfluide, de sorte qu’une impureté qui le traverserait ne subirait aucune force de friction malgré la structure « rigide » du solide. Imaginés dans les années 1960, de tels supersolides peuvent-ils réellement exister ? Deux équipes, du MIT (l’institut de technologie du Massachusetts) et de l’école polytechnique fédérale de Zurich, ont réussi à en créer une forme à partir de condensats de Bose-Einstein.

Les condensats de Bose-Einstein sont des états de la matière dans lesquels les atomes se retrouvent tous dans le même état quantique et présentent alors des propriétés collectives particulières. Le phénomène a été prédit en 1925 par Albert Einstein à partir des travaux de Satyendranath Bose. Un des condensats de Bose-Einstein les plus connus est l’hélium-4, qui devient superfluide à une température inférieure à 2 kelvins : les frictions disparaissent et la viscosité du fluide devient nulle. D’autres types de condensats de Bose-Einstein sont obtenus à partir de gaz dilués d'atomes refroidis par des lasers. Wolfgang Ketterle a obtenu le prix Nobel de physique en 2001 pour ses travaux sur de tels systèmes. Il dirige l’équipe du MIT qui vient de réaliser un supersolide.

L’idée de supersolide a été proposée dès 1969 par les théoriciens russes Alexander Andreev et Ilya Liftshitz, David Thouless (prix Nobel de physique en 2016) et d’autres. Pour les réaliser expérimentalement, la première piste fut de partir de l’hélium-4. À basse température, son état quantique l’empêche de geler à moins d’appliquer une pression d’au moins 25 atmosphères. Les atomes s’ordonnent régulièrement et forment un réseau cristallin. Le solide est cependant très souple car le réseau contient de nombreux trous, ou lacunes. Or d’après les théoriciens, ces lacunes se déplacent de façon cohérente dans l’hélium-4 solide et sans frottement, comme dans un superfluide. On aurait ainsi un comportement de supersolide. Cependant, l’hélium-4 supersolide n’a jamais pu être mis en évidence en laboratoire malgré plusieurs annonces, qui n’ont pas résisté à des analyses méticuleuses.

Les condensats de Bose-Einstein de gaz d'atomes froids sont plus facilement contrôlables que l’hélium-4 superfluide, en particulier en utilisant des lasers. Un autre avantage est qu’ils se prêtent très bien aux observations. Wolfgang Ketterle et son équipe, ainsi que Tilman Esslinger et son groupe à Zurich, ont donc utilisé des gaz d’atomes refroidis pour produire des supersolides. La première équipe a utilisé des lasers pour créer des ondes dans un gaz d’atomes de sodium. Les atomes se répartissent alors en régions de surdensité et en régions de sous densité formant des stries régulièrement espacées.

L’équipe de Tilman Esslinger a utilisé une autre technique. Un gaz d’atomes de rubidium est placé entre deux cavités optiques encadrées par des miroirs formant un angle de 60°. À cela s’ajoute un faisceau de lumière unidirectionnel qui interagit avec les atomes. Ceux-ci s’organisent alors, mais la symétrie est perturbée par les cavités suivant des critères bien précis. C'est exactement ce que cherchaient à produire les physiciens car, d’un point de vue théorique, l’obtention d’un supersolide n’est possible qu’en brisant deux types de symétries du condensat de Bose-Einstein. L’expérience de Wolfgang Ketterle conduit également à des brisures de symétrie.

Ces deux expériences ont-elles vraiment obtenu des supersolides ? Toutes les caractéristiques théoriques sont réunies pour qualifier ces phases de supersolides. Mais pour certains chercheurs, le vrai défi serait de créer un supersolide avec de l’hélium-4, où les interactions interatomiques sont plus fortes et la structure cristalline régulière (l’espacement entre les atomes) n’est pas imposée par un élément externe (la longueur d’onde du laser). Dans l’hélium-4, les choses seraient plus « directes » tout en restant fondamentalement équivalentes. Mais comme le souligne Anatoly Kuklov, de l'université de Staten Island, ces deux résultats expérimentaux sont fantastiques et donnent déjà à voir un état de la matière étonnant où cohabitent des propriétés de superfluidité et de solide. Un monde bien étrange que celui de la physique quantique !

Source : Pour la science
Crédit : T-L. Ho et al/Physical Review Letters 2011

Cette simulation numérique met en évidence des régions de surdensité et de sous-densité dans un condensat de Bose-Einstein. Le motif régulier indique que le condensat a une structure cristalline solide. En reproduisant ce système, il est possible de créer alors un supersolide présentant aussi des propriétés de superfluidité.

Un supersolide créé pour la première fois en laboratoire Actualités

Un supersolide créé pour la première fois en laboratoire

Nombre de phénomènes de la physique quantique semblent paradoxaux. Les supersolides en sont un exemple. Il s'agit d'un cristal solide qui présente dans certaines conditions les propriétés d’un superfluide, de sorte qu’une impureté qui le traverserait ne subirait aucune force de friction malgré la structure « rigide » du solide. Imaginés dans les années 1960, de tels supersolides peuvent-ils réellement exister ? Deux équipes, du MIT (l’institut de technologie du Massachusetts) et de l’école polytechnique fédérale de Zurich, ont réussi à en créer une forme à partir de condensats de Bose-Einstein.

Les condensats de Bose-Einstein sont des états de la matière dans lesquels les atomes se retrouvent tous dans le même état quantique et présentent alors des propriétés collectives particulières. Le phénomène a été prédit en 1925 par Albert Einstein à partir des travaux de Satyendranath Bose. Un des condensats de Bose-Einstein les plus connus est l’hélium-4, qui devient superfluide à une température inférieure à 2 kelvins : les frictions disparaissent et la viscosité du fluide devient nulle. D’autres types de condensats de Bose-Einstein sont obtenus à partir de gaz dilués d'atomes refroidis par des lasers. Wolfgang Ketterle a obtenu le prix Nobel de physique en 2001 pour ses travaux sur de tels systèmes. Il dirige l’équipe du MIT qui vient de réaliser un supersolide.

L’idée de supersolide a été proposée dès 1969 par les théoriciens russes Alexander Andreev et Ilya Liftshitz, David Thouless (prix Nobel de physique en 2016) et d’autres. Pour les réaliser expérimentalement, la première piste fut de partir de l’hélium-4. À basse température, son état quantique l’empêche de geler à moins d’appliquer une pression d’au moins 25 atmosphères. Les atomes s’ordonnent régulièrement et forment un réseau cristallin. Le solide est cependant très souple car le réseau contient de nombreux trous, ou lacunes. Or d’après les théoriciens, ces lacunes se déplacent de façon cohérente dans l’hélium-4 solide et sans frottement, comme dans un superfluide. On aurait ainsi un comportement de supersolide. Cependant, l’hélium-4 supersolide n’a jamais pu être mis en évidence en laboratoire malgré plusieurs annonces, qui n’ont pas résisté à des analyses méticuleuses.

Les condensats de Bose-Einstein de gaz d'atomes froids sont plus facilement contrôlables que l’hélium-4 superfluide, en particulier en utilisant des lasers. Un autre avantage est qu’ils se prêtent très bien aux observations. Wolfgang Ketterle et son équipe, ainsi que Tilman Esslinger et son groupe à Zurich, ont donc utilisé des gaz d’atomes refroidis pour produire des supersolides. La première équipe a utilisé des lasers pour créer des ondes dans un gaz d’atomes de sodium. Les atomes se répartissent alors en régions de surdensité et en régions de sous densité formant des stries régulièrement espacées.

L’équipe de Tilman Esslinger a utilisé une autre technique. Un gaz d’atomes de rubidium est placé entre deux cavités optiques encadrées par des miroirs formant un angle de 60°. À cela s’ajoute un faisceau de lumière unidirectionnel qui interagit avec les atomes. Ceux-ci s’organisent alors, mais la symétrie est perturbée par les cavités suivant des critères bien précis. C'est exactement ce que cherchaient à produire les physiciens car, d’un point de vue théorique, l’obtention d’un supersolide n’est possible qu’en brisant deux types de symétries du condensat de Bose-Einstein. L’expérience de Wolfgang Ketterle conduit également à des brisures de symétrie.

Ces deux expériences ont-elles vraiment obtenu des supersolides ? Toutes les caractéristiques théoriques sont réunies pour qualifier ces phases de supersolides. Mais pour certains chercheurs, le vrai défi serait de créer un supersolide avec de l’hélium-4, où les interactions interatomiques sont plus fortes et la structure cristalline régulière (l’espacement entre les atomes) n’est pas imposée par un élément externe (la longueur d’onde du laser). Dans l’hélium-4, les choses seraient plus « directes » tout en restant fondamentalement équivalentes. Mais comme le souligne Anatoly Kuklov, de l'université de Staten Island, ces deux résultats expérimentaux sont fantastiques et donnent déjà à voir un état de la matière étonnant où cohabitent des propriétés de superfluidité et de solide. Un monde bien étrange que celui de la physique quantique !

Source : Pour la science
Crédit : T-L. Ho et al/Physical Review Letters 2011

Cette simulation numérique met en évidence des régions de surdensité et de sous-densité dans un condensat de Bose-Einstein. Le motif régulier indique que le condensat a une structure cristalline solide. En reproduisant ce système, il est possible de créer alors un supersolide présentant aussi des propriétés de superfluidité.

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

11 - Aude

►Jusqu'au 5 janvier 

EXPOSITION
"ESCALE EN MÉDITERRANÉE ROMAINE – LES PORTS ANTIQUES DE NARBONNE"

À travers plus de 150 objets, cette exposition met en valeur les principaux sites du système portuaire narbonnais, inscrit le port de Narbo Martius dans le réseau des ports de commerce romains de Méditerranée occidentale, et détaille ses activités et métiers. Cette exposition place le public dans un rôle d'archéologue et lui fait vivre une expérience sensorielle unique.

EPCC Narbo Via
2 avenue André Mècle
11100 Narbonne
04 68 90 28 90
https://narbovia.fr

21 - Côte d'Or

►Jusqu'au 5 janvier 

EXPOSITION 
"OCÉAN, ICI COMMENCE LA VIE"

Une exposition fascinante, captivante pour explorer, observer, découvrir, admirer, comprendre, agir… et prendre conscience de l'importance cruciale de l'océan dans l'équilibre de notre planète.

Le Jardin de l'Arquebuse
1 avenue Albert 1er & 14 rue Jehan de Marville 
21000 Dijon
03 80 48 82 00
www.ma-nature.dijon.fr

25 - Doubs

►Jusqu'au 9 mars 

EXPOSITION 
"À L'AFFÛT"

À travers son art, le photographe animalier et grand voyageur, exprime ses rêves, ses émotions et ses rencontres en captant l'instant, celui de l’animal au cœur de son environnement. 

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

26 - Drôme

►Jusqu'au 31 janvier 

ACTIVITE 3-11 ANS
LA FERME AUX CROCODILES

Le Père Noël est passé chez les crocos… et il est joueur ! Le Père Noël a caché 6 paquets cadeaux dans notre Réserve Tropicale. Les enfants doivent les retrouver et deviner à quel animal appartient chaque cadeau. Des indices et un plan les aideront à mener à bien cette mission !

La Ferme aux Crocodiles
395 allée de Beauplan
26700 Pierrelatte
04 75 04 47 42
www.lafermeauxcrocodiles.com

►Jusqu'au 5 janvier

ANIMATIONS GRATUITES
LA FERME AUX CROCODILES

10h30 : RDV animalier avec les oiseaux - 11h30 : RDV animalier avec les tortues géantes - 12h00 : Documentaires à l'amphithéatre - 14h00 : RDV animalier avec les iguanes - 15h00 : tout sur le crocodile - 16h00 RDV animalier avec les oiseaux. Contes du Baobab du 21 au 23 décembre. Rencontre avec la mascotte le 24 décembre.

La Ferme aux Crocodiles
395 allée de Beauplan
26700 Pierrelatte
04 75 04 47 42
www.lafermeauxcrocodiles.com

34 - Hérault

►Jusqu'au 9 mars 

EXPOSITION
"TISSER L'IMAGINAIRE"

Construite en partenariat avec le Mobilier national, l’exposition explore la notion d’Imaginaires dans l’art de la tapisserie. Récit d’aventures imaginaires transposées, illustration de contes et de fables, exploration de sentiments, de visions de l’esprit, représentations d’ailleurs imaginés ou rêvés, l’exposition montre les différentes formes que peut prendre l’imaginaire selon les artistes, les époques.

Musée de Lodève
Square George Auric
34700 Lodève
04 67 88 86 10
www.museedelodeve.fr

37 - Indre et Loire

►Jusqu'au 5 janvier

"NOEL AU PAYS DES CHÂTEAUX, CHENONCEAU, UN NOËL DE PORCELAINE"

En partenariat avec la maison Bernadaud, le Château de Chenonceau propose une visite autour de la spécialité de cette famille depuis 5 générations : la porcelaine de Limoges. Découvrez l'association de deux savoirs-faire : la porcelaine et l’art de la table d’un côté et les compositions florales de l’Atelier floral du Château de Chenonceau de l’autre.

Château de Chenonceau
37150 Chenonceaux
02 47 23 44 06
www.chenonceau.com

38 - Isère

►Jusqu'au 30 mars 

EXPOSITION
"ARCABAS, L’ÉTOFFE HAUTE EN COULEUR"

Outre les toiles de jute et l’impression sur soie que l’on retrouve dans l’église de Saint-Hugues, l’exposition présente des objets textiles conçus par Arcabas. Dans son œuvre picturale dont certains tableaux sont également présentés, les motifs des costumes, les drapés témoignent d’une recherche plastique constante.

Musée arcabas en Chartreuse
Eglise de Saint-Hugues
38380 Saint-Pierre-de-Chartreuse
04 76 88 65 01
https://musees.isere.fr

42 - Loire

►Jusqu'au 5 janvier 

EXPOSITION 
"POUPÉE N’EST PAS JOUER" 

L’exposition est consacrée aux différentes fonctions que peut prendre la poupée dans notre société quand elle n’est plus un simple jouet destiné aux enfants. Elle devient alors support de réflexion et d’analyse sur des phénomènes d’ordre historique, anthropologique, médical, social ou artistique...

Musée d’Allard
13 boulevard de la Préfecture
42600 Montbrison
04 77 96 39 15
www.facebook.com/museeallard

63 - Puy de Dôme

►Jusqu'au 23 février 

EXPOSITIONS
"DOUBLE PARADISO"

L'exposition Double Paradiso a ouvert ses portes. Du jardin des délices à la forêt du Petit chaperon rouge, embarquez pour un voyage imaginaire qui vous mènera dans l'univers captivant de Matteo CIbic, talentueux designer italien. Ses créations hybrides et humoristiques viendront ponctuer votre découverte de l'exposition présentée simultanément au musée Mandet et au Musée régional d'Auvergne.

Musée Mandet
14 rue de l’Hôtel de Ville - 63200 Riom
Musée régional d’Auvergne
10 bis rue Delille - 63200 Riom
04 73 38 18 53
www.rlv.eu/musees

67 - Bas-Rhin

►Jusqu'au 5 janvier 

EXPOSITION MUSÉE LALIQUE
"HAPPY CRISTAL"

Happy Cristal revient chaque mois de décembre pour célébrer les fêtes de fin d’année au musée Lalique. C’est l’occasion, au travers de cette exposition-évènement, de mettre en avant les créations récentes de la cristallerie et de les faire vivre dans des mises en scène qui invitent au rêve, à l’évasion.

Musée Lalique
40 rue du Hochberg
67290 Wingen-sur-Moder
03 88 89 08 14
www.musee-lalique.com

►Jusqu'au 22 février 

EXPOSITION
"CLEMENCEAU CROQUÉ PAR SEM"

Le parcours de l’exposition-focus présente les débuts artistiques de Sem, le chroniqueur de la Belle Époque. Le parcours aborde sa carrière dans la presse et sa brève collaboration avec Clemenceau en 1913. Au moment où la guerre éclate, Sem devient correspondant de guerre pour plusieurs journaux et profite de cette période pour peaufiner l’imagerie clemenciste.

Musée Clemenceau
8 rue Benjamin Franklin
75116 Paris
01 45 20 53 41
https://musee-clemenceau.fr

►Jusqu'au 11 mai 

EMPREINTE CARBONE, L'EXPO !

Conçue pour un public familial et articulée en trois parties, Empreinte carbone, l’expo ! vise à déconstruire les présupposés et les idées reçues sur notre empreinte carbone, à en examiner les mécanismes et à proposer aux visiteurs un espace de réflexion sur les actions à mener face au défi du changement climatique. 

Musée des Arts et Métiers
60 rue Réaumur
75003 Paris
01 53 01 82 63
www.arts-et-metiers.net

77 - Seine et Marne

►Jusqu'au 5 janvier

"LE GRAND NOEL"
VAUX-LE-VICOMTE

Vaux-le-Vicomte vous invite à plonger dans l’univers des contes pour sa nouvelle édition du Grand Noël. Entre décors somptueux, feux de cheminée et projections monumentales, laissez-vous émerveiller. 
Une expérience magique pour toute la famille en compagnie de Casse-Noisette, Blanche Neige ou encore Alice au Pays des Merveilles. 

Château de Vaux-le-Vicomte
77950 Maincy
https://vaux-le-vicomte.com

84 - Vaucluse

►Les 23 é 24 janvier

CONTES AUTOUR DU MONDE
"À VOL D'OISEAU"

Cette lecture ornithologique nous entraîne entre orient et occident, imaginaire et réel, air et terre, au gré de contes et de chants d’oiseaux. Elle mêle les patrimoines de tradition orale et de la nature à celui du musée d’arts décoratifs et refuge de la Ligue pour la Protection des Oiseaux.

Musée Louis Vouland
17 rue Victor Hugo
84000 Avignon
04 90 86 03 79
www.vouland.com

►Jusqu'au 30 avril 

EXPOSITION 
"LES LIEUX IMAGINAIRES" 

A travers le travail de quelques artistes et architectes, nous nous interrogerons sur les façons et les lieux où nous vivrons dans l’avenir. Entre vénération du présent, visions futuristes et perspectives révolutionnaires offertes par l’intelligence artificielle, il s'agira de scénarios pour les nouvelles générations, fondés sur une profonde compréhension du passé.  

Château de Lourmarin
2 avenue Laurent Vibert
84160 Lourmarin
04 90 68 15 23
www.chateaudelourmarin.com

Lieux:
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