Les formes de la matière
       

       
         
         

Simon Larente

      Professeur, 

J'ai toujours cru qu'il existait 3 formes à la matière (solide, liquide et gazeuse). Mais voilà qu'en lisant quelques nouvelles scientifiques je tombe sur la dépêche suivante:

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Mise à jour le jeudi 29 janvier 2004 à 15 h 46 (Radio-Canada, site internet) 

Une nouvelle forme de matière 
Des scientifiques américains de l'université du Colorado ont observé en laboratoire une nouvelle forme de matière qui pourrait éventuellement permettre la création d'une méthode novatrice de production de l'électricité. L'équipe estime que cette découverte va révolutionner la physique quantique et améliorer la compréhension de la superconductivité.

Cette percée pourrait également mener au développement d'un superconducteur qui fonctionnerait à la température ambiante, ce qui pourrait avoir beaucoup de retombées en informatique, médecine, imagerie et transport.

Cette nouvelle forme de matière est la sixième connue après les solides, les liquides, les gaz, le plasma et le condensateur Bose-Einstein, créé en 1995.
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Avec ce que vous connaissez en 1944, vous serait-il possible de m'expliquer ce qu'est le plasma et le condensateur Bose-Einstein? Comme ce dernier a été créé en 1995, je comprends qu'il vous serait difficile de m'en parler, mais je remarque qu'il porte votre nom. Peut-être en avez-vous élaboré les bases… La sixième matière de l'article n'est malheureusement pas nommée.

Merci à l'avance! 

Simon Larente

 

       
         

Albert Einstein

      Bonjour Simon,

Condensat de Bose-Einstein

Effectivement, on peut associer un condensat (et non condensateur) de Bose-Einstein à un nouvel état de la matière. Vers 1925, en approfondissant une idée du physicien indien Satyendranath Bose, j'avais prédit que dans un gaz d'atomes identiques et sans interactions mutuelles, un étonnant phénomène devait se produire à basse température si la densité est suffisamment grande. D'après moi, si la longueur d'onde de De Broglie des atomes devenait du même ordre que les distances inter atomiques (cette longueur d'onde est généralement beaucoup plus petite), alors une fraction importante des atomes devrait s'accumuler dans l'état fondamental de l'enceinte qui contient les atomes, c'est-à-dire dans le même état quantique d‚énergie minimale. Cette « condensation » ne concerne pas n'importe quelles particules, mais uniquement les bosons, c'est-à-dire les particules dont le spin ( le moment cinétique intrinsèque) est un multiple entier de la constante de Planck réduite h/(2p). Les autres particules, les fermions, dont le spin est demi-entier, ne peuvent subir la « condensation de Bose-Einstein » : un principe fondamental de la physique quantique, le «principe d'exclusion de Pauli », interdit à deux fermions identiques d'occuper le même état. 

L'idée de la condensation de Bose-Einstein resta longtemps dans les tiroirs. Ma prédiction ne fut reconsidérée que vers 1937, avec la découverte de la superfluidité de l'hélium à très basse température. Fritz London proposa l'existence d'un lien entre ce phénomène et la condensation de Bose-Einstein, ce qui est le point de départ des théories actuelles sur la superfluidité. Mais il y a des différences importantes. Ainsi, dans le cas de l'hélium superfluide, la proportion d'atomes condensés dans l'état fondamental est faible (de l'ordre de 10 % au plus, même à une température arbitrairement basse), en raison des interactions entre les atomes qui jouent ici un rôle essentiel. Une situation à certains égards plus proche d‚un condensat de Bose-Einstein est celle de la lumière laser : dans un faisceau laser, tous les photons se trouvent dans le même état quantique (même énergie, même direction, même fréquence, même phase, etc.), et c'est ce qui confère à la lumière laser ses propriétés si particulières.

En clair, j'ai démontré que si la température est suffisamment basse, la plupart des particules s'accumulent au niveau le plus bas. Le nombre et la distribution de celles qui restent dans les niveaux supérieurs dépendent alors de la température et non du nombre total de particules. On peut comparer ce phénomène à la condensation des molécules d'une vapeur devenue saturante. Dans un condensat de Bose-Einstein, des effets quantiques macroscopiques comme la superfluidité ou la supraconductivité peuvent se manifester. Il est possible que des recherches de 1995 ait abouti à quelque chose en rapport avec les condensats de Bose-Einstein.

Plasma

Le plasma est un état de la matière où les quarks ne seraient plus confinés au sein des protons, des neutrons ou d‚autres particules non élémentaires. 

Le plasma de quarks et de gluons (QGP) est un état très particulier des constituants élémentaires de la matière. Considéré comme l'ancêtre éphémère de la matière nucléaire, il a dû remplir l'Univers quelques microsecondes après le Big-Bang. Comme la matière ordinaire, il est formé de quarks (particules élémentaires de matière) et de gluons (particules porteuses de la force forte) mais ces constituants se trouvent ici dans des conditions de densité et de température telles qu'ils sont «déconfinés» c'est-à-dire qu'ils évoluent librement à la manière des électrons et des ions dans un plasma classique.

Cependant, la détection expérimentale de la formation du plasma de quarks et de gluons est difficile car sa durée de vie est de l'ordre de 10-24 seconde et le retour rapide à l'état de matière ordinaire efface, presque complètement, les empreintes d'une phase antérieure. En effet, les seuls phénomènes directement observables sont ceux dont la durée de production est aussi éphémère que la formation du plasma et dont le taux de production est affecté par l'existence même de ce plasma.

Albert Einstein