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Hélium-3
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L'hélium-3

Superfluide contre nature

L’hélium présente deux isotopes : l’hélium 4 qui est un boson, et l’hélium 3 qui est un fermion. La superfluidité est une forme de condensation de Bose-Einstein donc uniquement accessible à des bosons.

Pourtant, en 1971, Osheroff, Richardson et Lee observent de la superfluidité dans l’hélium 3, à seulement 0,002 kelvins du zéro absolu ! Ils obtiennent pour cette découverte le prix Nobel en 1996. L’hélium 3 présente deux types de superfluidités selon sa pression et sa température. Dans un supraconducteur, les électrons, des fermions, s’apparient en paires de Cooper pour former des bosons, ce qui permet la condensation.

Dans l’hélium 3, la situation est analogue : les atomes d’hélium 3, des fermions, se mettent par deux pour former des bosons. Mais ici, ce ne sont pas des vibrations d’atomes qui permettent cet appariement, mais plutôt le fait que les aimantations des atomes se mettent parallèles entre elles. L’aimantation totale d’une paire d’atomes d’hélium 3 participant à la superfluidité est donc ici non nulle, alors qu’elle est nulle dans une paire de Cooper dans la théorie BCS.

Les physiciens appellent cette superfluidité de type « triplet », ce qui la rend très originale par rapport à la superfluidité de l’hélium 4, notamment du point de vue des symétries du « gap ». Antony Legget, un des physiciens à avoir compris cette superfluidité de l’hélium 3, reçut pour ses travaux le prix Nobel en 2003. Cette situation se retrouve dans certains supraconducteurs exotiques où des paires de Cooper forment également des paires « triplet », avec une aimantation non nulle.

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