MATIÈRE (physique)États de la matière

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Un état encore moins classique, le superfluide quantique

Parallèlement aux développements de la thermodynamique classique, le xxe siècle a connu une révolution, avec la découverte des quanta et des propriétés quantiques des particules élémentaires. La nature ondulatoire et corpusculaire du rayonnement et de la matière a été démontrée au début du xxe siècle, d'abord pour la lumière, puis pour les particules de matière proprement dites : protons, neutrons, électrons, etc. La description des objets quantiques requiert l'introduction d'un formalisme mathématique difficile, fondé sur la mécanique ondulatoire (équation de Schrödinger), que nous n'aborderons pas ici. Cependant, une découverte fascinante de la mécanique quantique mérite de figurer dans un chapitre sur l'état de la matière. En effet, alors que la mécanique quantique, souvent contre-intuitive, ne semblait concerner, de prime abord, que des particules individuelles, on a vu surgir dans le champ de la science des comportements macroscopiques nouveaux de la matière, à certains égards extraordinaires. Il s'agit du comportement superfluide et du comportement supraconducteur.

Pour faire toucher du doigt la particularité du comportement superfluide, il faut expliquer que les objets quantiques possèdent des propriétés quantifiées, liées, par exemple, à la quantification des énergies. Ainsi, un objet quantique, comme un atome, ne peut émettre qu'une lumière de couleur bien précise lors d'une transition électronique entre deux niveaux d'énergie ; un « aimant quantique », comme un spin électronique, ne peut prendre que des valeurs très précises multiples d'une quantité fondamentale, etc. Ces propriétés n'apparaissent que sur des échantillons extrêmement petits, de tailles atomiques ou subatomiques. Il se trouve que certains objets quantiques, les bosons, obéissent à un type de statistique, appelé statistique de Bose-Einstein, qui leur permet d'occuper « à plusieurs » le même état quantique. Dans cette circonstance, on peut placer une quantité macroscopique de matière dans un état qua [...]


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États désordonnés de la matière

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Écrit par :

  • : chargé de recherche au C.N.R.S., laboratoire de physique de la matière condensée, École polytechnique, Palaiseau

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MATIÈRE (physique) - État solide

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MATIÈRE (physique) - État liquide

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MATIÈRE (physique) - État gazeux

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MATIÈRE (physique) - Plasmas

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MATIÈRE (physique) - Transitions de phase

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ANTIMATIÈRE

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ATOMIQUE PHYSIQUE

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  • Philippe BOUYER, 
  • Georges LÉVI
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BOSE-EINSTEIN CONDENSATION DE

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CONTINUITÉ ET DISCONTINUITÉ, physique

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Dans le chapitre « L'hypothèse atomique »  : […] Si l'on s'intéresse maintenant, non plus aux propriétés des choses, mais à leur nature même, les apparences sensibles nous contraignent, dirait-on, à accepter d'emblée la dualité du continu et du discontinu. Comment percevoir le monde autrement que formé d'objets séparés et individualisés : les cailloux du chemin, les grains de blé, les étoiles du ciel, faits chacun d'une substance étendue et cont […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/continuite-et-discontinuite-physique/#i_12538

COSMOLOGIE

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  • Marc LACHIÈZE-REY
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EBBESEN THOMAS (1954- )

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Physico-chimiste franco-norvégien, Thomas Ebbesen est connu pour ses travaux interdisciplinaires en nanoscience s, traitant de divers domaines allant des sciences des matériaux carbonés à l’optique en passant par la chimie moléculaire. Ses découvertes pionnières et fondamentales pour la compréhension des interactions lumière-matière lui ont permis de recevoir, en 2019, la médaille d’or du CNRS. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/thomas-ebbesen/#i_12538

FLUIDE, physique

  • Écrit par 
  • Étienne GUYON
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Les trois états physiques de la matière tels qu'on les enseigne à l'école primaire sont le solide, le liquide et le gaz. L'état fluide rassemble les deux derniers termes, en soulignant leur parenté. Encore faut-il savoir que l'on parle du nom plutôt que de l'adjectif : une huile très visqueuse est un fluide bien peu fluide ! De fait, c'est la capacité à s'écouler, qui ne veut pas dire absence de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/fluide-physique/#i_12538

FORME

  • Écrit par 
  • Jean PETITOT
  •  • 27 547 mots

Dans le chapitre « La disjonction transcendantale entre phénoménologie et physique »  : […] Le concept général de forme que nous venons de définir peut évidemment être considérablement complexifié. Les morphologies K ne possèdent pas nécessairement de géométrie simple. Elles peuvent être chaotiques, et même fractales. Elles peuvent être structurées à plusieurs niveaux – à plusieurs échelles – différents. Mais, aussi compliquées soient-elles, elles ne sont pour l'instant définies que de f […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/forme/#i_12538

GÉOCENTRISME

  • Écrit par 
  • Jean-Pierre VERDET
  •  • 3 225 mots
  •  • 6 médias

Dans le chapitre « Le changement implique la matière »  : […] Puis il dégagera les principes –  la forme et la matière – dont dépendent l'existence en acte et l'existence en puissance. La forme sera le principe d'organisation, de stabilité, mais aussi d'évolution. Un être existe en acte par une forme actuelle et par celles de ses propriétés effectivement réalisées à un moment donné ; il existe en puissance par une forme possible et par ses déterminations pot […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/geocentrisme/#i_12538

L.H.C. (Large Hadron Collider)

  • Écrit par 
  • Lydia ROOS
  •  • 2 383 mots
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Dans le chapitre « Naissance et objectifs du LHC »  : […] Le projet de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire – le Cern – de construire un collisionneur de hadrons est évoqué dès les années 1980. Le principal objectif est de découvrir et étudier le boson de Higgs, particule prédite par le modèle standard, cadre théorique de la physique des particules. En outre, le LHC doit permettre d’explorer les extensions théoriques de ce modèle, telle […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/large-hadron-collider/#i_12538

MASSE, physique

  • Écrit par 
  • Jean-Marc LÉVY-LEBLOND, 
  • Bernard PIRE
  •  • 4 054 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « Masse et pesanteur »  : […] Au départ, la notion de masse vise à caractériser la « quantité de matière » contenue dans un objet physique. Cette grandeur se révèle d'abord à nos sens par l'intermédiaire du poids de l'objet : la force de pesanteur qu'exerce la Terre est de toute évidence d'autant plus grande que l'objet contient plus de matière. La pratique courante tend ainsi à assimiler masse et poids, à mesurer la première […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/masse-physique/#i_12538

MATÉRIALISATION, physique

  • Écrit par 
  • Georges KAYAS
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On appelle matérialisation toute transformation d'énergie en matière ; le seul processus connu de matérialisation est celui du photon d'énergie h ν qui se convertit, au voisinage d'un noyau, en une paire électron-positron. Le phénomène ne peut avoir lieu dans le vide, où serait impossible la conservation du quadrivecteur énergie-impulsion du photon initial ; de plus, il est nécessaire que l'énergi […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/materialisation-physique/#i_12538

MATIÈRE

  • Écrit par 
  • Jacques GUILLERME, 
  • Hélène VÉRIN
  •  • 10 672 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « Formes et forces ; la géométrie de l'invisible »  : […] Parmi les thèses qui s'inscrivent dans le sillage newtonien, deux méritent d'être citées ici, qui sont quasi contemporaines et radicalisent, toutes deux, l'usage du calcul dans des vues de représentation théorique de l'imperceptible. La première, celle du père Rudjer Boscovich, un jésuite croate, est exprimée dans sa Theoria philosophiae naturalis de 1763. Il suppose la matière universellement c […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere/#i_12538

MATIÈRE ET MATÉRIAUX. DE QUOI EST FAIT LE MONDE ? (dir. É. Guyon)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 912 mots

À partir du moment où la matière est destinée à une utilisation précise, on parle de matériaux. Mais comment raconter cette matière qui sous des aspects si divers accompagne le quotidien de chacun d'entre nous, pour s'alimenter, se loger ou s'habiller, mais aussi aller à la rencontre des autres hommes ou exprimer sa sensibilité artistique ? Dans une entreprise ambitieuse, une équipe de chercheurs […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-et-materiaux-de-quoi-est-fait-le-monde-dir-e-guyon/#i_12538

MÉSOMORPHE ÉTAT

  • Écrit par 
  • Jacques SIMON
  •  • 3 041 mots
  •  • 6 médias

L'état mésomorphe présente une organisation intermédiaire entre celle d'un solide monocristallin et celle d'un liquide. Les phases solides ont une périodicité tridimensionnelle stricte alors que, dans les liquides usuels, ni la direction des molécules ni la position de leur centre de gravité ne s'ordonnent. L'état mésomorphe est obtenu à partir du réseau tridimensionnel par l'introduction graduel […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/etat-mesomorphe/#i_12538

MOLÉCULE

  • Écrit par 
  • André JULG
  •  • 4 309 mots

On dit souvent qu'une molécule est la plus petite entité d'une substance pouvant exister à l'état libre. En fait, la notion de molécule est bien plus complexe. Une observation toute banale peut être le point de départ de recherches fructueuses. Il suffit par exemple de regarder un morceau de sucre se dissoudre dans une tasse de thé. On voit de fines traînées se développer à partir du morceau de su […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/molecule/#i_12538

NANOPARTICULES

  • Écrit par 
  • Pierre-Gilles DE GENNES, 
  • Madeleine VEYSSIÉ
  •  • 1 980 mots
  •  • 4 médias

Les nanoparticules sont de minuscules grains de matière, dont la composition chimique et les caractéristiques physiques balaient tout l'éventail des matériaux solides. Du fait de leur taille très réduite et de l'importance des effets de surface qui en résultent, ces systèmes présentent des propriétés spécifiques ; ils suscitent de nombreuses études sur le plan fondamental et offrent de larges per […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nanoparticules/#i_12538

PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Caractères généraux

  • Écrit par 
  • Maurice JACOB, 
  • Bernard PIRE
  •  • 8 162 mots
  •  • 12 médias

Les physiciens poursuivent l'étude de la structure de la matière dans le but de trouver plus d'unité et de simplicité dans un monde qui nous frappe par sa diversité et son apparente complexité. N'est-il pas remarquable de pouvoir ramener la variété quasi infinie des objets qui nous entourent aux multiples constructions de quelques constituants fondamentaux ? Trouver ces constituants, et comprendr […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-caracteres-generaux/#i_12538

PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Fermions

  • Écrit par 
  • Jean-Eudes AUGUSTIN, 
  • Michel PATY, 
  • Bernard PIRE
  •  • 16 242 mots
  •  • 13 médias

Dans le chapitre «  Quarks »  : […] Imaginés en 1963 pour expliquer la multiplicité croissante des particules élémentaires et la régularité apparente du nouveau tableau des éléments découverts grâce aux expériences utilisant les grands accélérateurs de particules, les quarks sont maintenant considérés comme les constituants ultimes de la matière. Avec les leptons (par exemple, l'électron ou les neutrinos) et les bosons de jauge (ou […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-fermions/#i_12538

PLASMA DE QUARKS ET DE GLUONS

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 1 780 mots

Prédit par la théorie des interactions nucléaires fortes, le plasma de quarks et gluons – nouvelle phase de la matière, dans laquelle quarks et gluons ne sont pas regroupés en protons, neutrons et autres hadrons – aurait prévalu lorsque l'Univers était extraordinairement dense et chaud, moins d'une microseconde après l'explosion originelle selon la théorie du big bang. À partir d'expériences débu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/plasma-de-quarks-et-de-gluons/#i_12538

PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2019

  • Écrit par 
  • Pierre LÉNA, 
  • Alain RIAZUELO
  •  • 2 382 mots

Dans le chapitre « L’Univers sculpté par les galaxies »  : […] La moitié du prix Nobel de physique 2019 vient récompenser la carrière de James Peebles , cosmologiste canado-américain qui est l’architecte de la représentation que nous nous faisons désormais de l’Univers. Né le 25 avril 1935 à Saint-Boniface (Manitoba) au Canada, Phillip James Edwin Peebles fait ses études dans son pays d’origine jusqu’à la préparation de son doctorat qu’il effectue à l’univers […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2019/#i_12538

PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2016

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 1 084 mots
  •  • 3 médias

Le prix Nobel de physique 2016 distingue les travaux de trois théoriciens , pour la description de nouveaux états quantiques de la matière et des transitions de phase qui mènent à ces états. Les trois physiciens, David J. Thouless (né à Bearsden, en Écosse, en 1934 et mort à Cambridge, en Angleterre, en 2019) , John Michael Kosterlitz (né à Aberdeen, en Écosse, en 1942) et F. Duncan M. Haldane (n […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2016/#i_12538

STRUCTURE DISSIPATIVE

  • Écrit par 
  • Isabelle STENGERS
  •  • 2 470 mots

Le terme « structure dissipative » a été créé, en 1969, par Ilya Prigogine pour souligner la signification des résultats auxquels lui-même et ses collaborateurs de l'école de Bruxelles venaient de parvenir : loin de l'équilibre thermodynamique, c'est-à-dire dans des systèmes traversés par des flux de matière et d'énergie, peuvent se produire des processus de structuration et d'organisation spontan […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/structure-dissipative/#i_12538

SYMÉTRIES, physique

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 5 990 mots

Dans le chapitre « Les symétries discrètes »  : […] Dans le monde physique, de nombreuses symétries discrètes sont effectivement réalisées par la nature ; le caractère discret s'oppose ici à continu, dans le sens où il fait appel à un groupe dénombrable de transformations. Ainsi, lorsqu'on observe soigneusement un diamant (cristal de carbone pur) ou un cristal de sel de cuisine (chlorure de sodium), on peut mettre en évidence des axes ou des plans […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/symetries-physique/#i_12538

TABLEAU PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS

  • Écrit par 
  • Séverine BLÉNEAU-SERDEL
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Dans le chapitre « L’intuition de Mendeleïev et les améliorations ultérieures »  : […] À la différence de ses prédécesseurs, Mendeleïev formule explicitement en quoi son tableau constitue un outil d’analyse théorique des propriétés de la matière : « Les éléments chimiques, lorsqu’ils sont ordonnés par masse atomique croissante, montrent une périodicité de leurs propriétés chimiques. » Il est ainsi possible de prédire certaines propriétés des éléments à partir de leur masse atomique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/tableau-periodique-des-elements/#i_12538

UNIVERS

  • Écrit par 
  • Jean AUDOUZE, 
  • James LEQUEUX
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VITREUX ÉTAT

  • Écrit par 
  • Jean FLAHAUT
  •  • 5 093 mots
  •  • 4 médias

La matière, en dehors des états solide, liquide et gazeux, peut exister sous d'autres formes, telles que vitreuses ou mésomorphes, le verre ordinaire en étant un exemple. La définition de l'état vitreux n'est pas aisée ; elle peut être formulée de différents points de vue, en réalité complémentaires car, pris isolément, ils se révèlent tous insuffisants. Dans une définition courante, le verre est […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/etat-vitreux/#i_12538

Voir aussi

BOSONS    ÉTAT QUANTIQUE    HÉLIUM 4

Pour citer l’article

Vincent FLEURY, « MATIÈRE (physique) - États de la matière », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 06 décembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etats-de-la-matiere/