Cristaux quantiques : Pourquoi l'hélium solide devient plus rigide quand il coule ?

Résumé : Après un rapide survol des propriétés des fluides et solides quantiques, qui sont simplement des systèmes où l'amplitude des fluctuations quantiques est grande, Sébastien Balibar mentionne quelques questions ouvertes particulièrement intéressantes.

La suite concerne l'une de ces questions, celle du rapport entre la supersolidité et la plasticité quantique. De quoi s'agit-il ?

Sébastien Balibar et son équipe ont découvert en 2010 qu'en l'absence totale d'impuretés, les cristaux d'hélium 4 sont anormalement mous. C'est, à leur avis, une conséquence des propriétés quantiques de leurs dislocations, lesquelles peuvent se déplacer par effet tunnel sur des distances macroscopiques (une fraction de millimètre) à grande vitesse (plusieurs mètres par seconde). Or ce phénomène est lié à une autre propriété étonnante des cristaux quantiques, leur possible « supersolidité ». Il s'agit cette fois du possible écoulement superfluide d'une partie de la matière à travers le reste du cristal qui reste pourtant élastique, et même plus rigide que dans son état normal. D'infimes traces d'impuretés (moins de 1 ppb d'hélium 3) suffisent à piéger les dislocations en dessous d'une température d'environ 100 milliKelvin. Apparement, c'est ce qui permet aux cristaux de passer à l'état « supersolide », parce que la matière semble couler le long du cœur des dislocations, mais seulement si leur position est fixe.