Pourquoi la matière change-t-elle d'état : la compétition entre ordre et désordre

Les changements d'état de la matière,sous l'effet d'une élévation ou d'un abaissement de température,sont des phénomènes bien familiers. De même,on connaît depuis longtemps des substances dont la structure ou encore les propriétés électriques ou magnétiques,se modifient de manière discontinue avec la température ; citons les études de Pierre Curie sur l'apparition ou la disparition de l'aimantation des oxydes de fer,ou encore celles qui concernent la supraconductivité.Or,si ces phénomènes sont bien quotidiens,ils n'en restent pas moins fort surprenants si l'on examine leur signification à l'échelle microscopique des atomes et molécules. La solidification d'un fluide se traduit,sous l'effet d'un minime abaissement de température,par la mise en un ordonnancement spatial régulier d'un grand nombre d'atomes,sans que rien ne soit venu modifier les forces qui régissent les interactions entre les constituants. Ces changements d'état sont dominés par des questions de symétrie : c'est ainsi que les forces entre atomes ne privilégient aucune direction particulière,et que pourtant,tant la cristallisation que l'apparition d'une aimantation par simple refroidissement,font apparaître des orientations bien déterminées. Le changement d'état est donc une brisure spontanée de symétrie : l'état du système est moins symétrique que les forces entre atomes constituants ne pouvaient le faire prévoir. Cette notion de symétrie brisée domine plusieurs branches de la physique de notre temps : au-delà des études de nouvelles phases de la matière évoquées ci-dessus,elle est présente dans la théorie moderne des interactions entre particules élémentaires,ou encore dans les modèles cosmologiques d'univers  inflationnistes  primitifs.

Disciplines : Etats de la matière,Physique moléculaire, atomique, nucléaire, quantique
Mots-clés : état de la matière,physique statistique,mécanique quantique,cosmologie,univers,symétrie,désordre,énergie,entropie,transition de phase,symétrie de jauge
Type de document : image en mouvement
Type de ressource : lecture
Niveau : higher education
Auteurs ou éditeurs : Edouard BREZIN,Mission 2000 en France,Mission 2000 en France