SUPERFLUIDITÉ

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La superfluidité de l’hélium en dessous de 2,2 K

La superfluidité de l’hélium en dessous de 2,2 K
Crédits : Reproduced with permission from the School of Physics & Astronomy, University of St Andrews © University of St Andrews.

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Singularité de la chaleur spécifique de l’hélium liquide

Singularité de la chaleur spécifique de l’hélium liquide
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Effet fontaine de l’hélium superfluide

Effet fontaine de l’hélium superfluide
Crédits : Reproduced with permission from the School of Physics & Astronomy, University of St Andrews © University of St Andrews.

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Tourbillons quantiques dans un superfluide en rotation

Tourbillons quantiques dans un superfluide en rotation
Crédits : Yarmchuk et al, 1979, Phys. Rev. Lett., 43(3): 214, avec l'autorisation de R. Packard ; Goa et al, 2001 Supercond. Sci. Technol. 14 729, courtesy of University of Oslo, Department of Physics ; avec l'autorisation de Jean Dalibard

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La « superfluidité » est une propriété qu'ont certains liquides ou gaz de s'écouler beaucoup plus facilement que les autres. Un superfluide peut s'écouler sans résistance aucune même à travers les plus petits orifices. En fait, les superfluides ont d'autres propriétés remarquables. Par exemple, la chaleur s'y propage sous forme d'ondes et les tourbillons y sont tous identiques. La superfluidité n'a pu être expliquée au xxe siècle que grâce à l'avènement de la mécanique quantique, qui s'applique non seulement aux particules qu'elle représente comme des ondes, mais aussi à la matière macroscopique qui est visible à l'œil nu.

Principales étapes de la superfluidité

L'existence de la superfluidité a été simultanément découverte en décembre 1937 par deux équipes de chercheurs qui étudiaient l'hélium liquide à très basse température, en dessous de 2,2 kelvins (2,2 K = – 271 0C ; 0 K = – 273,15 0C) : celle de John F. Allen à Cambridge (Royaume-Uni) et celle de Piotr L. Kapitsa à Moscou (URSS) [Balibar, 2007]. Le mot anglais superfluid a été inventé par Kapitsa pour qualifier ce liquide qui lui paraissait beaucoup plus fluide que les liquides classiques. Le début de sa compréhension théorique a été l'œuvre de Fritz London et Laszlo Tisza réfugiés à Paris en 1938 puis de Lev D. Landau, à Moscou en 1941-1947. Ce faisant, ces trois chercheurs ont démontré pour la première fois que la physique quantique –  qui décrit les particules comme des ondes – permettait non seulement derendre compte des propriétés microscopiques des particules, mais aussi de certaines propriétés de la matière visible, donc à l'échelle macroscopique. La découverte et l'interprétation de la superfluidité correspondent donc à une étape majeure en physique quantique. Par la suite, on a découvert des superfluides autres que l'hélium liquide et on a compris que la supraconductivité de certains métaux est une superfluidité d'électrons. Aujourd'hui, les superfluides et [...]

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Écrit par :

  • : directeur de recherche CNRS au département de physique de l'École normale supérieure, Paris

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Pour citer l’article

Sébastien BALIBAR, « SUPERFLUIDITÉ », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 17 mai 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/superfluidite/