Des physiciens fribourgeois ont découvert une nouvelle forme d'hélium solide. Les résultats du groupe de travail du Prof. Antoine Weis viennent d'être publiés dans la revue prestigieuse «Nature Physics».

L'hélium est un gaz bien connu qui devient liquide lorsqu'on le refroidit à 4 degrés au-dessus du zéro absolu de l'échelle des températures. C"est la seule substance naturelle qui même au zéro absolu ne se solidifie pas. Une conséquence de la mécanique quantique, selon laquelle des atomes froids et légers sont délocalisés, c.à.d. qu'ils accaparent davantage de place que ce que leur grandeur initiale requiert. Si l"on comprime l'hélium sous une pression de 25 bars, il se solidifie et forme même des cristaux. Le groupe de recherche du Prof. Antoine Weis du Département de physique étudie depuis dix ans des atomes de métal (césium et rubidium) qu'ils implantent dans ces cristaux d'hélium.

Les chercheurs fribourgeois ont récemment découvert que la partie du cristal ainsi dotée reste solide à une pression à laquelle l'hélium pur est à l'état liquide : il s'agit là d'un phénomène pour le moins étonnant si l'on considère que les forces agissant entre les atomes d'hélium ainsi qu'entre les atomes d'hélium et les atomes de métal sont fortement répulsives. La nouvelle substance, que les chercheurs nomment «iceberg» ou «doigt bleu», a la forme d'un crayon de 4 centimètres et (dans le cas du rubidium) une couleur bleue, résultant d'agrégats de métal (cluster) de plusieurs dizaines de nanomètres, encastrées dans le cristal. Le Dr Moroskhin a réussi à mesurer la densité de l'iceberg : il apparaît qu'elle est légèrement plus grande que celle de l'hélium liquide, mais plus faible que celle de l'hélium solide. Les chercheurs ne peuvent cependant que spéculer sur la composition exacte de cette nouvelle structure.

«Nous croyons», explique le Prof. Weis, «qu'il s'agit là d'un conglomérat exotique de boules de neige (des atomes positivement chargés autour desquels se forme une croûte d'hélium solide) et des bulles d'électrons (des électrons individuels qui forment une bulle en repoussant l'hélium qui les entoure).» Les forces électriques agissantes entres ces entités pourraient tenir l'iceberg ensemble. Les boules de neige et les bulles d'électrons sont connues depuis longtemps, mais n'ont jusqu'à ce jour jamais pu être observées dans un état condensé. De nouvelles expériences devraient donner encore davantage d'explications.

Cette découverte a été publiée online le 23 septembre dans «Nature Physics», une des plus prestigieuses revues de physique online : http://dx.doi.org/10.1038/nphys727