Pendant 174 ans, il ne s’est rien passé : Et puis quelqu’un a fini par s’en apercevoir.

Il semblerait que dans le monde moderne, grâce à la technologie et aux connaissances scientifiques accumulées, nous ayons des réponses à presque tout. Pourtant, la physique, par exemple, est encore pleine de phénomènes étranges et de mystères qui attendent d’être découverts. Il arrive même qu’une théorie existe depuis des décennies, voire des siècles, avant que les scientifiques ne la confirment enfin.

Récemment, deux phénomènes ont été observés qui portent notre compréhension de la physique à un niveau supérieur.

De quoi s’agit-il exactement ?

Un phénomène qui attend depuis plus de 170 ans d’être confirmé

Imaginez un fil métallique dont une extrémité est plus chaude que l’autre. Lorsqu’il est traversé par un courant électrique, la chaleur est soit absorbée, soit libérée.

Ce processus a été observé dès 1851 par le mathématicien, physicien et ingénieur britannique William Thomson, plus connu sous le nom de Lord Kelvin. Il a découvert que le réchauffement ou le refroidissement d’un fil dépend de la direction dans laquelle le courant circule par rapport au gradient de température. Ce phénomène est devenu l’un des trois phénomènes thermoélectriques de base et a été nommé à juste titre l’effet Thomson.

Dans certains matériaux, comme le fer ou le nickel, sa forme opposée, l’effet Thomson négatif, est également apparue. Dans ce cas, la chaleur se propage dans le sens inverse du courant, ce qui montre que le comportement des électrons dans différentes substances peut être étonnamment différent. Pendant longtemps, on a supposé qu’à côté de ces manifestations longitudinales, il existait aussi une variante transversale, c’est-à-dire un phénomène se déroulant perpendiculairement au flux du courant. Mais son observation s’est avérée extrêmement difficile – jusqu’à récemment.

Une équipe internationale de physiciens a utilisé un mélange semi-métallique soumis à un courant électrique, à un gradient de température et à un champ magnétique à angle droit. Le résultat est une preuve évidente de l’effet Thomson transversal. Il a montré que cet effet pouvait non seulement chauffer ou refroidir le matériau, mais aussi modifier le résultat en inversant la direction du champ magnétique. Cela ouvre de toutes nouvelles possibilités de contrôle précis et localisé de la température, ce qui est essentiel pour la microélectronique ou les dispositifs quantiques, par exemple.

Des quasi-particules qui défient la logique

Une autre découverte récente, bien que relevant d’un tout autre domaine de la physique, remet en question notre compréhension de la réalité physique d’une manière similaire au phénomène mentionné ci-dessus.

Vers 2008, des théoriciens ont suggéré l’existence d’une quasi-particule – une formation constituée du mouvement collectif de plusieurs particules – qui se comporterait de manière tout à fait inhabituelle. Ce fermion dit  » semi-Dirac  » était censé avoir une masse dans une seule direction. En d’autres termes, dans une direction, il était censé se déplacer comme une particule sans masse, comme un photon, tandis que dans une autre direction, il était censé être « lourd » et donc soumis aux contraintes de la matière ordinaire.

Mais une telle idée semblait presque absurde, puisque selon la relativité restreinte, seules les particules se déplaçant à la vitesse de la lumière peuvent être sans masse. Une fois qu’une particule est massive, elle ne peut pas dépasser cette vitesse. L’idée que quelque chose puisse passer d’un état à l’autre en fonction de la direction du mouvement semblait presque incompatible avec la logique physique existante.

C’est pourquoi la démonstration du fermion de SemiDirac a été si cruciale. Le concept était depuis longtemps théorique, mais il a récemment été observé pour la première fois – et tout à fait par hasard – à l’intérieur d’un cristal semi-métallique appelé ZrSiS, plus précisément par Yinming Shao et ses collègues de l’université d’État de Pennsylvanie, aux États-Unis. Cette découverte confirme non seulement les théories antérieures, mais ouvre également de nouvelles voies en physique ou en informatique quantique et pourrait avoir diverses applications pratiques, telles que les batteries ou les capteurs.

Conclusion

Les deux exemples mentionnés ci-dessus – l’effet Thomson transverse et le fermion semi-dirac – nous montrent clairement que même dans des domaines qui semblent parfaitement explorés, il existe encore des mystères qui attendent les bons chercheurs et les bonnes technologies. Ce n’est qu’une question de temps avant que les scientifiques ne découvrent un nouveau phénomène, qu’une théorie soit confirmée ou infirmée…