4. L'hélium 3 et les autres superfluides
En 1972, à Cornell University, D. D. Osheroff, R. C. Richardson et D. M. Lee ont découvert que l'hélium 3, au-dessous de 2,5 × 10−3 K, présente plusieurs phases superfluides distinctes qui sont à la fois anisotropes et magnétiques. Bien que la théorie de la superfluidité de l'hélium 3 semble donc, à première vue, beaucoup plus complexe que celle de l'hélium 4, elle est aujourd'hui mieux établie, car voisine de celle de la supraconductivité.
Une faible attraction d'origine magnétique existe en effet entre atomes d'hélium 3, et elle est susceptible de les associer par paires, lesquelles subissent alors une condensation de Bose-Einstein. La superfluidité de ce système tient à ce que toute perte d'énergie passe par la brisure d'une paire, ce qui coûte au moins son énergie de liaison. Il faut remarquer ici que, comme dans un supraconducteur, ces paires ne sont pas des molécules, la distance entre atomes d'une paire étant très grande par rapport aux dimensions d'un atome isolé, et qu'elles sont donc complètement imbriquées les unes dans les autres, aucun atome ne pouvant être attribué à une paire donnée. Enfin, contrairement cette fois aux électrons des supraconducteurs, les hélium 3 s'apparient de façon anisotrope, car ils sont dans des états de spin total et de moment orbital non nuls. A. J. Leggett montra en 1973 que les deux phases prévues respectivement par P. W. Anderson et P. Morel en 1960 puis par R. Balian et N. R. Werthamer en 1963, qui correspondaient à deux états possibles, de symétrie différente, des paires, n'étaient autres que les phases A et B observées à Cornell. Il eut besoin pour cela de tenir compte des interactions dipolaires magnétiques nucléaires.
L'hélium 3, dans la région du millikelvin (10−3 K), présente donc une variété de propriétés physiques d'une très grande richesse, puisqu'il est à la fois superfluide, magnétique et anisotrope. La superfluidité a été vérifiée lors d'expériences analogues à celles réalisées dans l'hélium 4. On a mesuré en particulier la variation en température de la viscosité de l'hélium 3 superfluide et de sa vitesse critique, et […]
… pour nos abonnés, l'article se prolonge sur 5 pages…
