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Pour son édition 2021, notre dossier des Découvertes de l’année offre une place aux jeunes! En plus des textes réguliers de nos journalistes, nous avons demandé à des élèves de la quatrième année du secondaire du Collège Sainte-Anne de Lachine de nous présenter à leur façon les découvertes primées.
La science d’ici vue par les jeunes d’ici!
Le rêve des physiciens: pouvoir un jour transporter de l’électricité sur des centaines de kilomètres sans perdre d’énergie. La supraconductivité, cette capacité de certains métaux de ne pas perdre d’énergie lors du déplacement des électrons, nous le permettrait. Mais il est encore impossible d’obtenir cette propriété à température ambiante.
Un groupe de scientifiques, dont certains de l’Université de Sherbrooke, ont découvert une limite à la fréquence de collision des électrons dans les métaux et celle-ci est universelle, c’est-à-dire qu’elle s’applique à la totalité des matériaux. Ceci révolutionne la vision des physiciens sur le monde quantique et permet de comprendre davantage les métaux supraconducteurs.
Dans tous métaux, lors du passage de l’électricité, les électrons se déplacent comme des autos tamponneuses et font de nombreuses collisions ensemble. Chaque collision fait perdre un peu d’énergie aux électrons. Lorsque le métal est plus froid, les électrons font moins de collisions: on perd donc moins d’énergie. La supraconductivité, c’est-à-dire l’absence totale de perte d’énergie, est seulement possible en dessous de la température critique. Il existe des prototypes, mais qui sont complexes et dispendieux puisqu’ils requièrent de l’azote liquide pour refroidir le métal à une température de -196°C.
Dans le cas du métal utilisé par les chercheurs de Sherbrooke, l’oxyde de cuivre refroidi, les électrons ne perdent aucune énergie, car il n’y a aucune collision d’électrons. Lorsque le métal est sous la température critique, la relation entre la résistance et la température forme une ligne constante à zéro. En haut de la température critique, cette ligne monte de façon liénaire. Un métal régulier ne peut pas atteindre un état de supraconductivité peu importe la température, car la ligne de celle-ci descend en courbe, ne pouvant atteindre le zéro.
« En 2009, on a nous même, dans notre laboratoire à Sherbrooke, mesuré cette résistivité linéaire, explique Louis Taillefer. Moi j’ai trouvé ça incroyablement beau, parce que quand tu vois quelque chose qui est très simple, tu sens qu’il y une explication fondamentale. C’est très simple, mais c’est en contradiction avec la théorie acceptée, donc, on a quelque chose de nouveau et à mon avis fondamental. »
« Pour pouvoir étudier le comportement des électrons à une température où la supraconductivité est possible, il faut «tuer» cette supraconductivité, » continue Louis Taillefer. Pour ce faire, ils ont mis un échantillon dans le champ magnétique artificiel le plus puissant de la Terre, qui se trouve dans le National High Magnetic Field Laboratory (MagLab), en Floride.
En étudiant le comportement des électrons, ils ont découvert que le temps minimum séparant chaque collision d’électrons, correspond à la constante de Planck, noté h dans de nombreuses formules. Cette constante est la constante fondamentale de la physique quantique.
D’après les chercheurs, on toucherait là à quelque chose d’universel. La découverte, que le temps minimum séparant chaque collision d’électrons correspondrait à la constante de Planck, changera la vision qu’on a sur la physique quantique. En comprenant mieux le comportement des électrons, on pourra peut-être créer un métal avec des propriétés supraconductrices à température ambiante.
Auteurs: Eliane Mallette, Zi Ye, Jade Bricault, Cerik Lemoine, Nox Bricault, Arnaud Lemieux, Zachary Tristan Luheshi
Lisez la présentation de cette découverte par l’équipe de Québec Science.
