Institut Néel and its scientific surroundings : ESRF, ILL, CEA, Minatec

Pourquoi la cryogénie

Pourquoi la Cryogénie et les Ultra-basses températures ?

Cette question amène à la question fondamentale : "qu’est-ce que la température ?". Pour le dire simplement, la température est la mesure de l’agitation des atomes ou molécules qui constituent un système physique. De cette agitation (énergie cinétique) résulte un désordre statistique, les particules étant distribuées en énergie suivant les lois de la physique statistique. Lorsque deux corps sont mis en contact, ils peuvent échanger de l’énergie (la chaleur), du corps où l’agitation est la plus grande (plus d’énergie, plus de désordre), vers celui où l’agitation est la plus faible. Pour mesurer cette agitation, on utilise une grandeur appelée la température. L’échelle internationale est le Kelvin (K), que l’on peut relier à l’échelle Celsius (°C) que l’on utilise tous les jours par :

T [K] = T [°C] + 273,15.

Il existe, par définition, un zéro absolu des températures : lorsque les corps n’ont plus d’agitation interne et sont au repos. Ce zéro est impossible à atteindre rigoureusement, car aucun corps ne peut être parfaitement isolé de son environnement, qui continuellement lui cède une partie de son énergie (cinétique) interne. A l’inverse, il n’y a pas de borne supérieure de principe aux températures les plus grandes (où il y a de plus en plus d’agitation). En particulier, à température ambiante (20°C ou 293,15 K), le désordre est tel que la plupart des phénomènes raffinés de la mécanique quantique (qui mettent en jeu de toutes petites énergies comparées aux énergies cinétiques d’agitation) ne peuvent survivre : le monde qui nous entoure est "banalement classique".

Pour voir apparaître, étudier, puis utiliser ces propriétés quantiques de la matière (qui pour certaines ont pourtant des applications à température ambiante, ou presque), il faut donc refroidir. Des états nouveaux de la matière apparaissent alors via des transitions de phases, tout comme l’eau glace est plus stable que l’eau liquide au-dessous de 0°C. En particulier aux plus basses tempérautres le caractère quantique de la matière peut s’exprimer pleinement et des états (quantiques) tout à fait particuliers apparaissent. Les processus de très faibles énergies sont résolus et peuvent alors jouer un rôle fondamental dans la physique des systèmes étudiés.

Dans la même rubrique

© Institut Néel 2012 l Webdesign chrisgaillard.com l Propulsé par spip l Dernière mise à jour : vendredi 22 novembre 2019 l