SUPERFLUIDITÉ

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États de la matière

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Le terme « superfluide » a été introduit en 1937 par P. Kapitza pour décrire les résultats de ses expériences sur l'hélium 4 liquide à très basse température. En effet, au-dessous de 2,17 K celui-ci est susceptible de s'écouler sans viscosité apparente à travers des pores microscopiques. Deux autres systèmes existent dans lesquels la superfluidité a été découverte. D'une part, la résistance électrique nulle des supraconducteurs est en effet, aujourd'hui, interprétée en considérant que les électrons y sont associés par paires dont l'ensemble est superfluide. D'autre part, on a montré en 1972 que le plus léger des deux isotopes stables de l'hélium, l'hélium 3, présente plusieurs phases superfluides distinctes, au-dessous de 2,5 × 10−3 K, dans lesquelles les atomes sont associés par paires, comme les électrons des supraconducteurs.

La supraconductivité faisant l'objet d'un article particulier, nous nous intéressons principalement ici aux propriétés de l'hélium.

Découverte de la superfluidité dans l'hélium 4

C'est à Leyde en 1908 que H. Kamerlingh Onnes réussit pour la première fois à liquéfier l'hélium 4 à 4,2 K sous pression atmosphérique, mais il ne découvrit pas sa superfluidité, distrait sans doute par la découverte de la supraconductivité du mercure trois ans plus tard. Ce n'est qu'en 1927 que W. H. Keesom et M. Wolfke, à Leyde toujours, suggérèrent l'existence de deux phases liquides distinctes, l'hélium I et l'hélium II respectivement au-dessus et au-dessous d'une température de transition de l'ordre de 2,3 K. Peu de temps après (1930), W. H. Keesom et K. Clusius montrèrent que la chaleur spécifique de l'hélium liquide présente un pic de variation en fonction de la température à 2,19 K. La forme de ce pic rappelle la lettre grecque lambda (λ), d'où le nom de « transition λ » associé à ce qui allait devenir la transition [...]

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FLUIDE, physique

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  • Étienne GUYON
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Dans le chapitre « Quelques types de fluides »  : […] Signalons enfin le cas des superfluides. L'isotope 4 de l'hélium liquide (4He) perd sa viscosité au-dessous de 2,17 kelvins. L'existence d'écoulements persistants et la capacité de s'écouler à travers des pores de taille atomique caractérisent cet état. L'isotope 3 de l'hélium (3He) […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/fluide-physique/#i_3376

FROID, physique

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  • Georges WAYSAND
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GAZ RARES ou GAZ NOBLES

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  • Paul ALLAMAGNY, 
  • Albert LACAZE, 
  • Nathalie LEMAITRE
  • , Universalis
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Dans le chapitre « Hélium I et hélium II »  : […] La viscosité de l'hélium II n'obéit pas aux lois classiques des fluides visqueux : elle a une valeur normale dans certaines mesures, elle est nulle lorsqu'on la détermine par écoulement de fluide à faible vitesse à travers des capillaires très fins ; d'où le qualificatif de superfluide donné à l'hélium II […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/gaz-rares/#i_3376

KAPITSA PIOTR LEONIDOVITCH

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Physicien russe né à Cronstadt, connu pour ses recherches sur le magnétisme et la physique des basses températures, qui devaient notamment le conduire à la découverte de la superfluidité de l'hélium II […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/kapitsa-p-l/#i_3376

KAPITSA PIOTR LEONIDOVITCH  - (repères chronologiques)

  • Écrit par 
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largement appliqué dans la production industrielle d'oxygène gazeux et liquide au profit de l'industrie de l'acier. Il découvre la superfluidité de l'hélium II liquide (1939), inaugurant ainsi une orientation nouvelle dans la science : la physique des liquides quantiques. Il démontre que la chaleur émise par un corps solide plongé dans l'hélium […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/kapitza-p/#i_3376

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LEE DAVID (1931-    )

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ils découvrirent en 1972 que l'hélium 3, isotope d'hélium dont le noyau contient deux protons mais un seul neutron, devient superfluide à une température de quelque 2 millikelvins. Ce résultat, qui ne peut être compris que dans le cadre de la physique quantique, leur valut de se partager le prix Nobel de physique 1996 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/david-lee/#i_3376

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MATIÈRE (physique) - États de la matière

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NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Noyau atomique

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Dans le chapitre « Modèle rotationnel »  : […] bosons, les paires de Cooper, imprime à une part du « liquide nucléaire » un comportement superfluide comparable à celui de l'hélium 4 à basse température. Dans ce schéma, la goutte nucléaire comporterait deux phases dont la superfluide, par essence non visqueuse et donc non entraînée en rotation, ne contribuerait pas au moment d'inertie, d'où sa […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nucleaire-physique-noyau-atomique/#i_3376

OSHEROFF DOUGLAS DEAN (1945-    )

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
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dont le noyau contient deux protons mais un seul neutron, devient superfluide à une température de quelque 2 millikelvins. Ce résultat, qui ne peut être compris que dans le cadre de la physique quantique, leur valut de se partager le prix Nobel de physique 1996. Osheroff était devenu professeur à l'université Stanford en […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/douglas-dean-osheroff/#i_3376

QUANTIQUE PHYSIQUE

  • Écrit par 
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RICHARDSON ROBERT COLEMAN (1937-2013)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
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ils découvrirent en 1972 que l'hélium 3, isotope d'hélium dont le noyau contient deux protons mais un seul neutron, devient superfluide à une température de quelque 2 millikelvins. Ce résultat, qui ne peut être compris que dans le cadre de la physique quantique, leur valut de se partager le prix Nobel de physique 1996 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/robert-coleman-richardson/#i_3376

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Pour citer l’article

Sébastien BALIBAR, « SUPERFLUIDITÉ », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 août 2018. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/superfluidite/