Cette vidéo est un film documentaire retraçant la quête vers un froid de plus en plus froid, et atteindre "le zéro absolu", soit -273,15 °C.

Qu'est-ce que le zéro absolu ?

Le zéro absolu est la température la plus basse qui puisse exister dans l'univers. Elle vaut -273,15 °C, –459,67 °F (Fahrenheit), 0 K (kelvin)1, ou 0 °R (échelle Rankine), ces deux dernières échelles utilisant le zéro absolu comme zéro de leur échelle par définition.

C'est la température minimale asymptotiquement. Elle est théorique et inaccessible, 450 pK (soit 0,45 nK ou 0,00000000045 K), c'est-à-dire -273,14999999955°C, est le record atteint en 20032 au laboratoire de recherches du Massachusetts Institute of Technology (MIT) par une équipe codirigée par le prix Nobel de physique Wolfgang Ketterle. À 0 K, une substance ne contient plus à l'échelle macroscopique l'énergie thermique (ou chaleur) nécessaire à l'occupation de plusieurs niveaux énergétiques microscopiques. Les particules qui la composent (atomes, molécules) sont toutes dans le même état d'énergie minimale (état fondamental). Cela se traduit par une entropie nulle due à l'indiscernabilité de ces particules dans ce même niveau d'énergie fondamentale et par une totale immobilité au sens classique. Mais en fait, on sait que selon la physique quantique, les particules possèdent toujours une quantité de mouvement non nulle d'après le principe d'incertitude (Heisenberg).

En effet, en tendant vers le zéro absolu, les molécules d'un corps auraient leur quantité de mouvement de plus en plus précisément définie (proche de zéro), leurs positions auraient tendance à avoir une indétermination intrinsèque résiduelle. Mais comme elles tendent aussi vers l'arrêt, leurs positions tendraient aussi à être précisément définies. En fait, elles tendent vers un état d'énergie minimale, aux approches du zéro absolu, respectant ainsi le principe d'indétermination quantique.

Physique :

On ne peut pas atteindre le zéro absolu. Cette température absolue est théorique et n'existe nulle part dans l'univers. 0 K est une limite vers laquelle on peut uniquement tendre. Cette limite est définie dans le troisième principe de la thermodynamique, elle correspond à une entropie nulle. L'unité de mesure utilisée en physique est le kelvin (symbole K).

Histoire :

L'état du zéro absolu a été proposé pour la première fois par Guillaume Amontons en 1702. Amontons travaillait sur la relation entre température et pression dans les gaz même s'il n'avait pas à sa disposition de thermomètre précis. Bien que ses résultats soient quantitatifs, il établit que la pression d'une quantité donnée de gaz confinée dans un volume donné augmente d'à peu près un tiers lorsqu'il passe d'une température « froide » à celle de l'ébullition de l'eau. Son travail l'amène à supposer qu'une réduction suffisante de température entraînerait une absence de pression.

En fait, bien que le zéro absolu puisse être défini de cette façon, tous les gaz se liquéfient avant d'atteindre 0 K.

En 1848, William Thomson, Lord Kelvin, propose une échelle de température absolue dans laquelle une réduction de la température mesurée correspond à une réduction équivalente dans la chaleur du corps étudié. Ce concept, en se libérant des contraintes de la loi des gaz, établit un zéro absolu comme étant la température à laquelle plus aucune chaleur ne peut être tirée du corps.

Application :

Les physiciens ont découvert que certaines substances développent des propriétés très intéressantes lorsqu'elles approchent cette limite. Certains fluides, les isotopes stables de l'hélium, perdent toute viscosité (c'est la superfluidité). Et certains métaux ou alliages perdent leur résistance électrique (c'est la supraconductivité) ou, au contraire, présentent une résistance électrique très élevée (c'est un état supra-isolant3). Les recherches pour s'approcher du zéro absolu sont donc nombreuses.

En pratique, on atteint aujourd'hui facilement 0,21 K en faisant évaporer de l'hélium. Une autre méthode — appelée la « désaimantation adiabatique de substances paramagnétiques » — permet d'obtenir des températures encore plus basses, jusqu'à 10-6 K. Enfin, le refroidissement de gaz atomiques bosoniques jusqu'à la condensation de Bose-Einstein permet d'atteindre des températures de l'ordre de 10-9 K. C'est cette technique de refroidissement d'atomes par laser qui a été utilisée par les chercheurs du MIT pour atteindre le record de 450 pK.

Source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Zéro_absolu ().

Synopsis :

De l'inventeur du premier thermomètre à la physique quantique, l'épopée des pionniers du "zéro absolu", cherchant à découvrir la limite extrême du froid afin d'en comprendre la nature. Un trépidant polar scientifique, avec rebondissements et frissons.

L'air conditionné, la réfrigération et la supraconductivité sont quelques-unes des technologies dans lesquelles le froid intervient. Mais qu'est-ce que le froid ?

Comment l'obtient-on ? Et quelle est sa limite ? Trois questions auxquelles ce film d'aventures entreprend de répondre en nous emmenant, du XVIIe siècle à nos jours, à la rencontre de réjouissants esprits libres. À la cour de Jacques Ier d'Angleterre, l'inventeur du thermomètre Cornelius von Drebbel s'avère ainsi l'improbable grand-père des derniers développements de la physique quantique, qui ont permis de définir et d'approcher la mesure du froid extrême ou "zéro absolu", soit - 273,15 ºC.

Quatre chercheurs nous accompagnent tout au long de ce trépidant voyage dans le temps : l'historien des sciences Simon Schaffer et les trois physiciens Eric Cornell, Carl Wieman et Wolfgang Ketterle, qui ont obtenu le Prix Nobel en 2001 pour avoir atteint, à un millionième près, ce Saint-Graal des conquérants du froid. Parmi leurs illustres prédécesseurs, on aura ainsi découvert les querelles inexpiables entre Celsius et Fahrenheit pour mesurer la température ; la bouillante bataille d'Antoine Lavoisier contre son rival Benjamin Rumford pour imposer sa théorie de la chaleur ; les expériences explosives de Michael Faraday ; ou les prouesses du chimiste James Dewar, qui à la fin du XIXe réussit à porter de l'hydrogène liquéfié à - 253 ºC, au grand dam de son challenger Kamerlingh Onnes. Mais on aura aussi croisé, de l'autre côté de l'Atlantique, le négociant Frédéric Tudor et son idée géniale de découper la glace de lacs gelés pour la livrer par bateau aux quatre coins du monde ; ou l'expédition de pêche au Labrador du capitaine Birdseye, qui en 1912 devait donner naissance aux surgelés.

Mêlant avec brio archives, entretiens, scènes reconstituées et 3D explicative, David Dugan parvient à rendre claires les grandes lignes de cette épopée scientifique et donne vie à une extraordinaire galerie de portraits.

Source : http://www.arte.tv/fr/aventure-humaine/la-conquete-du-froid-absolu/2054428.html ().

Une odyssée passionnante où l'on découvre des expériences incroyables. La Nature s'avère d'une complexité et d'une étrangeté imprévisible, et l'on reste étonné et admiratif devant le génie inventif de l'homme qui parvient à en découvrir de nombreux arcanes. À voir !