Nobel Newspaper Article
This is one of several newspaper articles related to Prof. Laughlin's 1998 Nobel Prize in Physics.
 |
L'Académie royale des sciences de Suéde a attribué le prix Nobel de physique aux trois découvreurs de « quasi-particules » : les Américains Robert Laughlin et Daniel Tsui et l'Allemand Horst Stoermer.
Einstein détestait la mécanique quantique, cette physique de l'infiniment petit où règnent la probablitté et l'incertitude, deux contraintes qu'abhorrait le père de la relativité.
Dans les laboratoires, elle est pourtant la vedette de cette fin de siècle.
Et révèle que dans certaines conditions les particules, les composants les plus modestes de la matière, peuvent former des liquides, dans lesquels des bulles ou des espaces donnent naissance des particules « virtuelles », plus petites.
Des créatures comme des quasi-électrons.
Le prix Nobel de physique 1998 va aux explorateurs de cet étrange univers.
Comme l'an passé, c'est à la mecanique quantique que va le Nobel de physique 1998. Les Américains Robert B. Laughlin et Daniel C. Tsui (d'origine chinoise) et l'Allemand Horst L. Stoermer sont distingués « pour leur découverte d'une nouvelle forme de liquide quantique présentant des excitations de charges fractionnées », a annoncé hier dans son communiqué l'Académie royale des Sciences de Suè'de.
Une phrase elliptique qui mérite une explication...
Les électrons, les « grains » qui transportent la charge électrique la plus faible (1,6x10-19coulombs), à tel point qu'elle est devenue la référence pour l'unité élémentaire irréductible, sont sensibles aux champs magnétiques.
En 1879, le jeune Edwin Hall, étudiant à la John Hopkins university du Maryland, observe qu'un champ magnétique obligue un courant électrique à la surface d'une feuille d'or à dévier de sa route.
C'est le célébrissme effet Hall, que l'on utiliseteus les jours dans la fabrication des puces de nos ordinateurs.
Plus récemment, un prix Nobel de physique (en 1985) a été attribué à Klaus von Klitzing pour la découverte d'une variation quantique de cet effet Hall.
A savoir qu'en observant de plus près le comportement des électrons évoluant dans un champ magnétique on constate qu'ils réagissent avec des « seuils ».
Lorsque l'on augmente peu à peu le champ magnétique, il ne se passe rien.
Et puis tout d'un coup, on passe à une déviation plus importante des électrons.
Le phénomegrave;ne montre que les électrons, dans un champ magnétique intense, réagissent à des valeurs discrètes, des seuils précis, et non à la variation continue continue du champ du champ magnétique.
Restait à comprendre, à interpréter ce résultat.
Pour pouvoir réaliser leur expérience, les physiciens ont dû inverter une astuce : le gaz d'électrons.
En utilisant les technologies des semi-conducteurs à haute intégration (épitaxie par jet moléculaire), on fabrique un sandwich d'arséniure de gallium et d'aluminum d'arséniure de gallium.
Entre ces couches, un mince plan (de la largeur d'un électron !) perment aux particules emprisonnées de se mouvioir dans deux directions seulement.
Comme des poissons emprisonnés dans un aquarium plat, à deux dimensions.
Lorsque le champ magnétique varie, les électrons restent insensibles.
Jusqu'à ce que la sollicitation du champ soit suffisante pour qu'ils « sautent » à un autre état quantique *leur moment cinétique, par exemple), tous ensemble, en cascade.
Leur déplacement dans la couche, variations de trajet observées par les chercheurs de l'équipe de von Klitzing.
La formule qui permet de calculer ces déokacements est simple, elle est fondée sur la charge électrique élémentaire, celle de l'électron.
En perfectionnant l'expérience de Klitzing, notamment en utilisant des champs magnétiques plus intenses, ils observant que les déviations des électrons correspondent aussi à des valeurs fractionnairs de charge de électrons.
Comme si des électrons plus petits, moins chargés étaient apparus ! « C'est comme si vous considériez les électrons de la couche comme un liquide, et le champ magnétique, de plus en plus intenst, oblique les électrons à tourner en rond autour d'un point central.
Plus le champ augmente, plus les cercles sont petites, les électrons se rapprochent les uns des autres, sont obligués de s'arranger, et dans ce liquide très agité il se forme des bulles qui possèdent des caravtéristiques différentes des électrons, trés intéressantes », note Christian Glatti, du laboratoire de physique condensée du Commissariat l'énergie atomique de Saclay.
Ce sont ces « bulles » qui sont les quasiparticules.
Elles ont des charactéristiques différentes de électrons, des propriétés qui changent avec la « densité » de ce liquide quantique.
Comme leur charge électrique, qui peut être une fraction de la charge élémentaire (de multiples de 1/5 à 1/9).
Cette explication, c'est le troisième Nobel 98, Robert Laughlin qui la donne, en 1983, avvec un système de calcul pour les phénomènes observés par ses collègues.
Cela parait simple.
« Mais il faut travailler avec des champs magnétiques très intenses, au moins 20 Tesla (100 000 fois le champ terrestre) et pour éviter d'avoir une agitation des électrons par la température, il faut descendre à quelques millièmes du zéro absolu (moins 273 °C) en utilisant des refroidissements à dilution d'hélium (3He et 4He), précise Christian Glatti.