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Prix Nobel de physique 1998 dans la structure de la matière

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À la mi-octobre, comme d'habitude, nous sommes arrivés de Suède au son des Prix Nobel : d'abord celui de Littérature et le dernier celui de Paix, ceux qui ont reçu le plus d'attention et de présence dans les médias. Parmi eux ont été annoncés ceux de l'économie, de la physique, du film et de la médecine. Nous parlons de ces trois derniers.

Cette année, comme d'habitude, le prix Nobel de physique décerné chaque année par l'Académie royale suédoise des sciences a été transféré aux États-Unis. Et, comme souvent ces dernières années, le prix n'est pas le seul, car la science et la recherche ne sont pas un travail individuel, mais un travail d'équipe. Les gagnants de cette année sont trois: Robert. B. Laughlin, Horst L. Störmer et Daniel C. Tsui.

Enfin, l'année dernière et comme il y a deux ans, le prix de la physique a été obtenu par ceux qui analysent le comportement de la matière à très basse température. Trois chercheurs ont découvert que les électrons, exposés à un champ magnétique, peuvent s'unir, se compacter et former de nouveaux "types de particules". La charge électrique de ces nouvelles particules est la fraction de la charge des électrons. En d'autres termes, un nouveau comportement collectif des électrons a été trouvé, qui a ouvert de nombreuses nouvelles voies de recherche.

La découverte s'est produite dans une expérience réalisée en 1982 par Störmer et Tsui dans le laboratoire de magnétisme de l'Institut technologique du Massachusetts : en utilisant un champ magnétique très grand et une température très basse (quelques dixièmes de degré au-dessus du zéro absolu), les électrons, compactés, croyaient qu'ils formeraient un solide cristallin, mais ils trouvèrent des valeurs semblables à celles du dire quantique Hall converge.

Ces nouvelles valeurs peuvent être exprimées avec les mêmes constantes qu'auparavant, mais cette fois elles peuvent être multipliées par des nombres entiers et des nombres fractionnaires (1/3, 2/3, 3/4...). Pour cette raison, la nouvelle découverte a été appelée effet quantique fractionnaire Hall. La découverte a été une grande surprise pour les chercheurs, qui manquaient d'un modèle théorique expliquant comment ces nouvelles valeurs pouvaient apparaître. En fait, selon cela et contre ce qui était connu jusqu'alors, la charge minimale des entités qui génèrent du courant électrique dans le mouvement n'est pas une (charge électrique de l'électron à vide), peut être inférieure, comme un tiers de la charge de l'électron.

Un an après la découverte, Rober B. Laughlin a réussi à expliquer théoriquement le résultat de l'essai, selon lequel sous un grand champ magnétique et à très basse température les électrons se compactent formant un nouveau type de fluide quantique. Pour cela (puisque les électrons ne peuvent pas être compactés sans plus), les électrons se combinent avec les "tant de flux" du champ magnétique, formant des particules composites compactes (type boson). Les types de fluides quantiques ont été observés précédemment à très basse température dans l'hélium liquide et les supraconducteurs. Bien que toutes ont des caractéristiques communes comme la superfluidité, leur comportement est différent.

Le fluide proposé par Laughlin présente des caractéristiques particulières. Par exemple, il est incompressible. En outre, lorsqu'un électron est ajouté, le fluide est excité et plusieurs "quasi particules" sont créés. Ce sont précisément ces quasi particules qui ont la charge fractionnaire nécessaire pour expliquer les résultats de Störmer et Tsui. Dans les mesures ultérieures, de nouvelles valeurs de conductance Hall ont été découvertes qui ont montré le modèle théorique de Laughlin. Les progrès dans le domaine de la microélectronique, après les travaux de 1982-83 de ces prix Nobel, ont permis de démontrer indirectement l'existence des cuasiparts et de mesurer la charge fractionnaire, en vérifiant les conclusions des trois chercheurs.

La découverte a donc constitué une étape importante dans le domaine de la physique quantique, qui a permis de poser la base pour développer de nouveaux concepts théoriques dans de nombreuses branches de la physique quantique. Il s'agit d'une recherche fondamentale, qui n'aura pas de conséquences immédiates, mais les scientifiques ont déjà commencé à voir les applications, à mieux prédire.

Les limites du processus de miniaturisation que l'on voyait actuellement sur les ordinateurs, les téléphones mobiles et de nombreux autres domaines de la microélectronique pourraient se briser à la suite de cette découverte, c'est-à-dire que la voie a été ouverte pour que les futurs composants électroniques soient encore plus petits que ce qu'on pensait jusqu'ici.