Lorsque l’on refroidit un solide à l’extrême, la théorie prévoit qu’il passe dans un état supersolide. © MabelAmber, Pixabay, DP

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Supersolide

DéfinitionClassé sous :supersolide , condensation de Bose-Einstein , état quantique de la matière

Le terme « supersolide » fait référence à l'un des états quantiques de la matière. En plus des trois états classiques que nous étudions à l'école — état solide, état liquide et état gazeux —, il existe en effet quelques états plus exotiques de la matière comme l'état de fluide supercritique ou justement, l'état supersolide.

Un supersolide correspond à un solide à très basse température (proche du zéro absolu, soit -273,15 °C) dans lequel une fraction d'un corps solide s'écoulerait à travers le reste du solide à la manière d'un superfluide, c'est-à-dire sans friction ni dissipation d'énergie.

Cet état a été prédit en 1969 par des scientifiques russes. Il s'agirait d'une forme particulière de condensation de Bose-Einstein pour les lacunes dans un solide cristallin. Son existence, aussi bien théorique qu'expérimentale, est toujours sujette à débats entre les physiciens de la matière condensée.

Diagramme de phases illustrant les conditions dans lesquelles devrait apparaître l'état supersolide (supersolid, en anglais sur le schéma, en haut, à gauche).© Penn state, DR

Cet état de la matière existe-t-il ?

Depuis le début des années 2000, plusieurs équipes ont annoncé avoir obtenu cet état de la matière, mais sans pouvoir en avancer les preuves suffisantes. Ainsi, en 2004, le physicien Moses H. W. Chan pensa avoir démontré expérimentalement l'existence de l'état supersolide dans un solide d'hélium 4 refroidi à moins de 175 mK. En 2012, le physicien lui-même publia pourtant un papier pointant une erreur dans son interprétation initiale.

Le mécanisme même à l'origine de l'état supersolide fut alors remis en question. En 2017, deux équipes de physiciens, l'une du Massachusetts Institute of Technology (États-Unis) et l'autre de l'École polytechnique de Zurich (Suisse), ont annoncé être parvenues, de manière totalement indépendante, à atteindre expérimentalement l'état supersolide, avec respectivement, des atomes de sodium et des atomes de rubidium.