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Tout comme la vitesse de la lumière, une vitesse limite inatteignable pour un système physique, il existe une valeur inatteignable pour la température. Cette valeur seuil de température thermodynamique a été introduite par William Thomson dit Lord Kelvin en 1848 et est nommé le zéro absolu. Il se situe à l'origine de l'échelle Kelvin, l'unité de mesure de la température du système international en physique.
Le zéro absolu correspond à 0 K, soit exactement à -273,15°C sur l'échelle des degrés Celsius. Cette température est considérée comme fictive car aucun scientifique n'a pour le moment réussi à l'atteindre en laboratoire. Plusieurs tentatives ont pourtant été menées depuis 1970 mais sans réel succès. Pour comprendre la difficulté de cette manœuvre, il faut savoir que refroidir un corps signifie réduire les mouvements de ses particules car la température des atomes dépend de leurs agitations. En effet, plus elles se déplacent vite, plus le corps est chaud et plus elles sont lentes plus il est froid. Autrement dit, on extrait leur énergie cinétique qui correspond à la force que possède un corps par rapport à son mouvement.
Le zéro absolu correspond à la valeur théorique minimale de cette énergie. Or, immobiliser totalement les atomes est en pratique impossible : ils restent en mouvement, car on ne peut pas les isoler de leur environnement avec lequel ils échangent toujours de l'énergie. Plus on refroidit une particule, plus il est difficile d'en retirer l'énergie qui lui reste.
Alors que la plus basse température observée dans la nature est le rayonnement électromagnétique de l'Univers qui est de 2,7 K (-270,45°C), les physiciens et notamment ceux du laboratoire de recherche LIT (Laboratoire d'Immunologie et de Transplantation) ont réussi à s'en approcher à 0,45 millionième Kelvin en 2003 en freinant des atomes de gaz avec des lasers dans un piège à champ magnétique. En effet, pour obtenir un refroidissement si intense l'expérience réalisée consistait à comprimer le gaz dans un petit volume puis de le détendre. On compresse ces atomes dans un petit volume, puis on les fait passer dans un volume plus grand. Cela va ainsi les forcer à s'espacer les uns des autres et donc, leur faire perdre de l'énergie, les ralentir et enfin les mener au refroidissement. Avant cet extrême, les caractéristiques de la matière changent: les métaux perdent leur résistivité et les fluides perdent toute viscosité.
Cependant cette expérience n'a pas été réalisée avec le premier gaz à portée de main. En effet, suite aux multiples essais pour atteindre cette valeur minimale, les scientifiques ont constaté que certaines matières, comme l'hélium 3, avaient des propriétés intéressantes à l'approche de ce zéro absolu. Ce gaz, peu présent dans l'air, environ 1 particule sur 200 000, est le seul capable d'atteindre une température aussi basse, il se présente comme un gaz unique par rapport aux autres. Cela explique pourquoi il possède un rôle majeur dans les expériences qui ont pour but d'obtenir le 0 K. La température la plus basse obtenue par les scientifiques avec l'hélium 3 est 0,002 K soit -273,148°C. À ce stade, il se présente à l'état liquide car à très basse température, ce produit a la particularité de perdre toute viscosité : c'est la superfluidité. Il s'agit du seul liquide qui ne durcit pas en refroidissant et donc du liquide le plus froid que l'on puisse trouver sur terre.
De nos jours, les chercheurs exploitent donc au maximum ces recherches sur l'hélium 3 et le zéro absolu. Leurs applications pourraient mener à des avancées majeures au sein de notre société avec notamment, une meilleure diffusion de l'électricité ou encore une augmentation de la puissance des moteurs des fusées.
Sources :
https://www.science-et-vie.com/archives/peut-on-atteindre-le-zero-absolu-29799
http://www.linternaute.com/science/magazine/pourquoi/zeroabsolu/zeroabsolu.shtml
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