Tout, tout, tout, tout petit. Et très grand, aussi. | Miriam Espacio via Unsplash
Tout, tout, tout, tout petit. Et très grand, aussi. | Miriam Espacio via Unsplash

La vérité sur les sept états de la matière

La clé du secret de la matière noire?

On l'apprend en cours de physique-chimie, en classe de quatrième –mais on l'oublie parfois quelques années plus tard. Sur Terre, il existe trois phases différentes de la matière: solide, liquide et gazeuse. Pourtant, à très hautes et très basses températures, la matière acquiert des propriétés qui ouvrent de nouveaux champs des possibles.

Lorsqu'on se place dans un environnement très chaud, si l'on bombarde l'atome avec suffisamment d'énergie, les électrons se font la malle, créant ainsi un plasma ionisé: c'est le quatrième état de la matière.

Si l'on monte le thermostat encore un peu plus haut, les protons et les neutrons se désintègrent, formant un plasma quark-gluon: c'est le cinquième état de la matière.

De l'autre côté de l'échelle, à très basse température, les différents types de particules forment les condensats de Bose-Einstein et les condensats fermioniques, les sixième et septième états de la matière.

Aujourd'hui, ces deux derniers états ne sont réalisables que dans des conditions de laboratoire extrêmes. Il est donc nécessaire de mettre à jour vos vieilles connaissances, si ce n'est déjà fait: au total, il y a donc en réalité sept états connus de la matière, et non pas trois.

Laboratoires et matière noire

Pour celles ou ceux qui auraient du mal à se rappeler de leurs cours: sur Terre, tout est composé d'atomes. Certains atomes s'assemblent pour former des molécules, d'autres tracent leur route seuls, en tant qu'entités autonomes.

Qu'importe le nombre d'atomes dans un composé chimique particulier (eau, oxygène, méthane, hélium), la combinaison des conditions de température et de pression détermine s'il s'agit d'un solide, d'un liquide ou d'un gaz.

L'eau, exemple le plus parlant, gèle à basse température et à pression normale, devient liquide à des pressions plus élevées ou à des températures plus élevées, et enfin devient un gaz à des températures encore plus élevées ou à de très basses pressions.

Au-dessus de 374°C, température critique, cette distinction s'effondre. À basse pression, vous obtenez toujours un gaz, mais à des pressions plus élevées se crée un hybride aux propriétés à la fois gazeuses et liquides. Soumises à encore plus de chaleur, les molécules s'ionisent, créant un plasma: c'est le quatrième état de la matière.

Le New York Times a expliqué ce quatrième état dans cette très sérieuse vidéo en utilisant l'exemple… des raisins passés au micro-ondes.

C'est là que se termine l'épopée atomique de la matière. Pour le reste, il faut s'aventurer du côté du monde subatomique: le monde des particules plus petites que l'atome.

Pour observer le septième état de la matière, le condensat fermionique par exemple, il faut réussir à atteindre des conditions extraordinaires en laboratoire: des températures inférieures à 50 nanokelvins, avec un champ magnétique appliqué variant dans le temps.

Dans l'immensité de l'espace en revanche, royaume des neutrinos (constitués de fermions) et de la matière noire (qui contiendrait des bosons), il y a des chances que ces condensats soient légion et se forment de manière naturelle… La clé pour résoudre le mystère de la matière noire réside donc peut-être dans le plus rare de tous les états de la matière.

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