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Qu'est-ce que le zéro absolu et comment l’atteindre ?

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Le zéro absolu est la température la plus basse que la physique puisse imaginer. La matière atteint alors un état qui fait apparaître des propriétés surprenantes, telles que la supraconductivité. Catherine Pépin, chercheuse en physique théorique, nous explique comment les scientifiques tentent d'atteindre cette température extrême.

Pour le physicien, la température est la variable sœur de l'entropie. Ainsi la température est intimement liée au désordre et à l'agitation — d'ailleurs qualifiée de thermique — des atomes qui constituent un corps. La notion de température se rapporte donc à une notion de mouvement. De fait, la question se pose de la température qui règne lorsque plus rien ne bouge au cœur de la matière.

Dans la quête du zéro absolu, la liquéfaction de l’azote a constitué une première étape importante. Car la transition de la phase gazeuse à la phase liquide de cet élément — très répandu dans notre atmosphère — se fait aux alentours des -70 K, soit quelque -200 °C.

Hélium et supraconductivité

Au 19e siècle, le physicien britannique Lord Kelvin, mais surtout le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes — lauréat du prix Nobel de physique en 1913 pour ses travaux sur les propriétés de la matière à basse température —, ont travaillé à la liquéfaction de gaz plus légers que l'azote. L'hydrogène a permis d'atteindre des températures situées à 5 K seulement au-dessus du zéro absolu. Quant à l'hélium, il nous amène à environ 4 K au-dessus du zéro absolu, soit quelque -270 °C.

Et c'est finalement grâce au réfrigérateur à hélium que l'équipe de Heike Kamerlingh Onnes observe pour la toute première fois, en 1911, le phénomène de supraconductivité dans le mercure.

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