Des scientifiques valident enfin la réalité du “second son”

Quand la chaleur refuse de suivre les règles

Vous savez comment ça marche, d’habitude, non ? Si vous faites chauffer quelque chose, la chaleur a tendance à se diffuser vers l’extérieur avant de finir par se dissiper. C’est la base. Prenez un morceau de charbon ardent et jetez-le dans une marmite d’eau : le liquide va lentement monter en température jusqu’à ce que la chaleur s’équilibre et disparaisse. C’est logique, c’est rassurant. Mais voilà, le monde est rempli de matériaux étranges, un peu exotiques, qui ne jouent pas du tout selon ces règles thermiques bien établies.

Dans le monde fascinant des gaz quantiques superfluides, les choses se passent un peu différemment… voire carrément à l’envers. Au lieu de s’étaler comme on s’y attendrait, la chaleur dans ces gaz « clapote » d’un côté à l’autre. Elle se propage essentiellement comme une onde. Les scientifiques appellent ce comportement le « second son » du matériau (le premier étant le son ordinaire via une onde de densité). C’est un concept qui existe en théorie depuis un moment, et on l’avait même déjà observé indirectement, je crois. Mais jusqu’à récemment, personne n’avait jamais réussi à l’imager concrètement. C’est désormais chose faite grâce à une équipe du Massachusetts Institute of Technology (MIT), qui a mis au point une nouvelle méthode de thermographie pour capturer ce mouvement de chaleur pure. C’est un peu fou quand on y pense, voir la chaleur bouger sans que la matière ne bouge.

Une étrange danse dans le froid absolu

Les résultats de cette étude, publiée le 21 décembre 2025 par Darren Orf, ont fait l’objet d’un article dans la revue Science. Pour nous aider à comprendre ce phénomène assez complexe — soyons honnêtes, la physique quantique, c’est rarement limpide —, Richard Fletcher, professeur adjoint au MIT et co-auteur de l’étude, a repris cette fameuse analogie de la marmite bouillante. Mais avec une tournure inattendue.

« C’est comme si vous aviez un réservoir d’eau et que vous faisiez bouillir une moitié presque à ébullition », explique Fletcher. « Si vous regardiez ensuite, l’eau elle-même pourrait sembler totalement calme, mais soudainement l’autre côté est chaud, puis l’autre côté est chaud, et la chaleur va et vient, tandis que l’eau semble totalement immobile. » Vous imaginez la scène ? C’est perturbant. Ces superfluides sont créés lorsqu’un nuage d’atomes est soumis à des températures ultra-froides approchant le zéro absolu, soit environ -459,67 °F (oui, ça fait froid). Dans cet état rare, les atomes se comportent différemment et créent un fluide essentiellement sans friction. Et c’est justement dans cet état sans friction que la chaleur a été théorisée pour se propager comme une onde.

Martin Zwierlein, l’auteur principal, a précisé dans un communiqué de presse que le « second son est la marque de fabrique de la superfluidité ». Jusqu’à présent, dans les gaz ultra-froids, on ne pouvait le voir que via un faible reflet des ondulations de densité qui l’accompagnent. « Le caractère de l’onde de chaleur ne pouvait pas être prouvé auparavant », a-t-il ajouté. C’est donc bien une première historique.

Comment photographier l’invisible ?

C’est là que ça devient technique, mais accrochez-vous, c’est brillant. Pour enfin capturer ce fameux « second son » en action, Zwierlein et son équipe ont dû sortir des sentiers battus. Il y a un gros problème quand on essaie de suivre la chaleur d’un objet ultra-froid : il n’émet pas le rayonnement infrarouge habituel. Vous ne pouvez pas juste sortir une caméra thermique classique.

Alors, qu’ont-ils fait ? Les scientifiques du MIT ont conçu un moyen d’exploiter les fréquences radio pour suivre certaines particules subatomiques appelées « fermions de lithium-6 ». Ces petites particules peuvent être capturées via différentes fréquences en relation avec leur température. En gros, des températures plus chaudes signifient des fréquences plus élevées, et vice versa. Cette technique novatrice a permis aux chercheurs de se concentrer essentiellement sur les fréquences « plus chaudes » (qui restaient quand même très froides, on s’entend) et de suivre la seconde onde résultante au fil du temps. C’est un peu comme accorder une radio pour entendre une station spécifique au milieu du bruit statique.

Conclusion : Pourquoi ça change la donne ?

Vous pourriez vous dire : « Et alors ? » C’est vrai, après tout, à quand remonte la dernière fois où vous avez croisé un gaz quantique superfluide en allant acheter votre pain ? C’est une réaction normale. Mais si vous posez la question à un spécialiste des matériaux ou à un astronome, vous obtiendrez une réponse totalement différente, je vous l’assure.

Même si ces superfluides exotiques ne remplissent pas encore notre quotidien (pas encore, du moins), comprendre les propriétés du mouvement de cette seconde onde pourrait aider à répondre à des questions cruciales concernant les supraconducteurs à haute température. Et ce n’est pas tout. Cela pourrait aussi nous éclairer sur la physique désordonnée et complexe qui se trouve au cœur des étoiles à neutrons. C’est fascinant de voir comment une expérience en laboratoire sur Terre peut nous aider à comprendre des objets stellaires à des années-lumière, non ?

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.