Quantum vortexIn physics, a quantum vortex represents a quantized flux circulation of some physical quantity. In most cases, quantum vortices are a type of topological defect exhibited in superfluids and superconductors. The existence of quantum vortices was first predicted by Lars Onsager in 1949 in connection with superfluid helium. Onsager reasoned that quantisation of vorticity is a direct consequence of the existence of a superfluid order parameter as a spatially continuous wavefunction.
Superfluid helium-4Superfluid helium-4 is the superfluid form of helium-4, an isotope of the element helium. A superfluid is a state of matter in which matter behaves like a fluid with zero viscosity. The substance, which looks like a normal liquid, flows without friction past any surface, which allows it to continue to circulate over obstructions and through pores in containers which hold it, subject only to its own inertia. The formation of the superfluid is known to be related to the formation of a Bose–Einstein condensate.
Quantum turbulenceQuantum turbulence is the name given to the turbulent flow – the chaotic motion of a fluid at high flow rates – of quantum fluids, such as superfluids. The idea that a form of turbulence might be possible in a superfluid via the quantized vortex lines was first suggested by Richard Feynman. The dynamics of quantum fluids are governed by quantum mechanics, rather than classical physics which govern classical (ordinary) fluids.
Macroscopic quantum phenomenaMacroscopic quantum phenomena are processes showing quantum behavior at the macroscopic scale, rather than at the atomic scale where quantum effects are prevalent. The best-known examples of macroscopic quantum phenomena are superfluidity and superconductivity; other examples include the quantum Hall effect and topological order. Since 2000 there has been extensive experimental work on quantum gases, particularly Bose–Einstein condensates. Between 1996 and 2016 six Nobel Prizes were given for work related to macroscopic quantum phenomena.
Nucléationvignette|Nucléation de bulles de CO2 autour d'un doigt. La nucléation (ou germination) est l'apparition de petits domaines (appelés nuclei ou germes) d'une nouvelle phase à l'intérieur ou à la frontière d'une phase homogène devenue instable (en raison d'une modification de la température, de la pression ou de sa composition). La nucléation est une étape indispensable à la réalisation de la plupart des transitions de phase (fluide ↔ fluide, solide ↔ solide et fluide → solide).
Magnetic flux quantumThe magnetic flux, represented by the symbol Φ, threading some contour or loop is defined as the magnetic field B multiplied by the loop area S, i.e. Φ = B ⋅ S. Both B and S can be arbitrary, meaning Φ can be as well. However, if one deals with the superconducting loop or a hole in a bulk superconductor, the magnetic flux threading such a hole/loop is quantized. The (superconducting) magnetic flux quantum Φ0 = h/(2e) ≈ is a combination of fundamental physical constants: the Planck constant h and the electron charge e.
Quantum hydrodynamicsIn condensed matter physics, quantum hydrodynamics is most generally the study of hydrodynamic-like systems which demonstrate quantum mechanical behavior. They arise in semiclassical mechanics in the study of metal and semiconductor devices, in which case being derived from the Boltzmann transport equation combined with Wigner quasiprobability distribution. In quantum chemistry they arise as solutions to chemical kinetic systems, in which case they are derived from the Schrödinger equation by way of Madelung equations.
SuperfluiditéLa superfluidité est un état de la matière dans lequel celle-ci se comporte comme un fluide dépourvu de toute viscosité. Découverte en 1937 par Piotr Kapitsa, simultanément avec, semble-t-il, John F. Allen et A. Don Misener, elle a d'abord été décrite comme une propriété de l'hélium (à très basse température) lui permettant de s'écouler à travers des canaux capillaires ou des fentes étroites sans viscosité.
Dynamique des fluidesLa dynamique des fluides (hydrodynamique ou aérodynamique), est l'étude des mouvements des fluides, qu'ils soient liquides ou gazeux. Elle fait partie de la mécanique des fluides avec l'hydrostatique (statique des fluides). La résolution d'un problème de dynamique des fluides demande de calculer diverses propriétés des fluides comme la vitesse, la viscosité, la densité, la pression et la température en tant que fonctions de l'espace et du temps.
Cristallisation (chimie)vignette|Cristaux de sel obtenus par cristallisation lente dans une saumure à température ambiante. 250px|vignette La cristallisation est une opération unitaire du génie chimique consistant à isoler un produit sous forme de cristaux. La cristallisation est l’une des opérations physiques les plus anciennes pratiquées, avec l'évaporation de l’eau de mer pour isoler du sel.
Hélium liquidevignette|Hélium liquide superfluide dans un récipient. L’hélium 4 peut être liquéfié à pression ambiante sous une température d'environ , soit . Son isotope, l'hélium 3, se liquéfie à pression ambiante sous une température d'environ . L'hélium est le seul élément qui ne peut être solidifié à pression ambiante. L'hélium solide peut être obtenu seulement lorsqu'une très grande pression y est appliquée. L’hélium 4 est liquéfié pour la première fois le par le physicien hollandais Heike Kamerlingh Onnes à Leyde aux Pays-Bas.
HéliumL’hélium est l'élément chimique de numéro atomique 2, de symbole He. C'est un gaz noble (ou gaz rare), pratiquement inerte, le premier de la famille des gaz nobles dans le tableau périodique des éléments. Son point d'ébullition est le plus bas parmi les corps connus, et il n'existe sous forme solide que s'il est soumis à une pression supérieure à . L'hélium possède deux isotopes stables : l' (He), le plus abondant, et l' (He).
Liquidevignette|L'eau est une substance abondante sur la surface terrestre, se manifestant notamment sous forme de liquide. vignette|Diagramme montrant comment sont configurés les molécules et les atomes pour les différents états de la matière.
PolaritonLes polaritons sont des quasiparticules issues du couplage fort entre une onde lumineuse et une onde de polarisation électrique. Plusieurs cas de figure sont possibles : L'onde de polarisation est un phonon optique, c’est-à-dire essentiellement l'oscillation mécanique de deux atomes de charge opposée à l'intérieur d'un cristal. Les polaritons phononiques ont été beaucoup étudiés par la spectroscopie Raman dans les années 1970 - 80 et ont permis de mesurer la constante diélectrique à haute fréquence dans les semiconducteurs.
Équilibre thermodynamiquevignette|200px|Exemple d'équilibre thermodynamique de deux systèmes, en l'occurrence deux phases : l'équilibre liquide-vapeur du brome. En thermodynamique, un équilibre thermodynamique correspond à l'état d'un système ne subissant aucune évolution à l'échelle macroscopique. Les grandeurs intensives caractérisant ce système (notamment la pression, la température et les potentiels chimiques) sont alors homogènes dans l'espace et constantes dans le temps.
Excitonvignette|Représentation schématique d'un exciton de Frenkel, dans un cristal (points noirs). Un exciton est, en physique, une quasi-particule que l'on peut voir comme une paire électron-trou liée par des forces de Coulomb. Une analogie souvent utilisée consiste à comparer l'électron et le trou respectivement à l'électron et au proton d'un atome d'hydrogène. Ce phénomène se produit dans les semi-conducteurs et les isolants. En 2008, le premier dispositif électronique basé sur des excitons a été démontré, fonctionnant à des températures cryogéniques.
Statistical mechanicsIn physics, statistical mechanics is a mathematical framework that applies statistical methods and probability theory to large assemblies of microscopic entities. It does not assume or postulate any natural laws, but explains the macroscopic behavior of nature from the behavior of such ensembles. Sometimes called statistical physics or statistical thermodynamics, its applications include many problems in the fields of physics, biology, chemistry, and neuroscience.
Gaz parfaitLe gaz parfait est un modèle thermodynamique décrivant le comportement des gaz réels à basse pression. Ce modèle a été développé du milieu du au milieu du et formalisé au . Il est fondé sur l'observation expérimentale selon laquelle tous les gaz tendent vers ce comportement à pression suffisamment basse, quelle que soit la nature chimique du gaz, ce qu'exprime la loi d'Avogadro, énoncée en 1811 : la relation entre la pression, le volume et la température est, dans ces conditions, indépendante de la nature du gaz.
CristallogenèseLa cristallogenèse est un processus de formation d'un cristal, soit en milieu naturel, soit de façon synthétique. Elle aboutit à la cristallisation, qui est le passage d'un état désordonné liquide (composé fondu, dissous dans un solvant), gazeux ou solide (verre) à un état ordonné solide. La cristallisation, transition de l'état liquide à l'état solide, concerne aussi le liquide dégénéré qui constitue les naines blanches. Ce phénomène, prédit théoriquement dès les années 1960, a été confirmé par les observations du satellite Gaïa en 2019.
Théorie cinétique des gazLa théorie cinétique des gaz a pour objet d'expliquer le comportement macroscopique d'un gaz à partir des caractéristiques des mouvements des particules qui le composent. Elle permet notamment de donner une interprétation microscopique aux notions de : température : c'est une mesure de l'agitation des particules, plus précisément de leur énergie cinétique ; pression : la pression exercée par un gaz sur une paroi résulte des chocs des particules sur cette dernière. Elle est liée à leur quantité de mouvement.
