Capture d’écran d’une vidéo partagée par le comité Nobel sur Twitter. Un membre du comité pour la physique explique les travaux récompensés cette année avec une brioche un bagel et un bretzel.

Capture d'écran d'une vidéo partagée par le comité Nobel sur Twitter. Un membre du comité pour la physique explique les travaux récompensés cette année avec une brioche un bagel et un bretzel.

Twitter/NobelPrize

Le prix Nobel de physique 2016 a été remis ce mardi à trois Britanniques pour leurs travaux sur le comportement de matériaux "exotiques". Ces découvertes vieilles de plus de 30 ans -qui entrent pleinement en application ces dernières années- ont permis des avancées majeures dans de nombreux domaines scientifiques.

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Elles devraient aussi permettre dans un avenir plus ou moins proche la création d'ordinateurs quantiques, des machines superpuissantes qui devraient permettre d'autres bonds technologiques.

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Mais pour bien comprendre ces travaux sur la matière exotique, il faut d'abord se pencher sur sa "discipline-mère", la topologie, une branche des mathématiques. Lors de la cérémonie de la remise du prix, Thors Hans Hansson, membre du comité du Prix Nobel de physique 2016, a décidé de le faire à l'aide de "son déjeuner", soit une brioche (à la cannelle), un bagel et un bretzel.

"On m'a demandé de vous expliquer un concept scientifique qui ne vous est peut-être pas familier: la topologie, commence l'éminent membre de l'académie des Nobel, tout en sortant son déjeuner. Voici une brioche à la cannelle, un bagel et un bretzel. Tout le monde sait bien que ces trois choses sont différentes: sucré ou salé et avec différentes formes".

"Mais si vous êtes un topologiste, il n'y a qu'une seule chose intéressante à propos de ces objets: celui-là n'a pas de trous, le bagel n'en a qu'un et le bretzel en a deux. Pour les topologistes, le nombre de trous est un invariant topologique", continue Thors Hans Hansson

Lors d'une autre interview, le membre de l'Académie des sciences suédoise précise que la topologie décrit les propriétés de l'espace qui restent stables quand elles sont déformées de façon "continue". En subissant par exemple une torsion sans être brisées. "Si je tords le bretzel, il a toujours deux trous. Si je le déchire, il n'y a qu'un trou. Pareil avec un bol en pâte à modeler auquel on ajoute une anse, on passe de 0 à 1 trou. La progression des trous se fait par nombres entiers. Je vous mets au défi de trouver des 'demi-trous'", explique-t-il.

C'est le même principe pour les transitions de phases en physique, c'est-à-dire les changements d'état comme la fusion -de solide à liquide-, la sublimation -de solide à gazeux- etc. À l'intérieur de la fine couche de matière qui subit ce changement de phase, la conductivité électrique ne change elle aussi que par étapes entières, comme en topologie, détaille Libération.

Pourquoi est-ce important de comprendre ce concept pour mieux comprendre le Nobel de physique 2016? Parce que les chercheurs récompensés se sont servis de la topologie comme d'un outil pour étudier ces changements de phase dans de fines couches de matière bidimensionnelle.

Ils ont notamment démontré que les températures extrêmement froides, proches du zéro absolu (-273°C), permettaient la supraconductivité, soit l'absence de résistance électrique et l'expulsion du champ magnétique dans certains matériaux. Une découverte capitale pour les hautes technologies -électroaimants, transport d'électricité- et l'informatique.

Aujourd'hui, les matériaux supraconducteurs sont utilisés dans l'imagerie médicale, l'accélérateur de particules du Cern et seront bientôt utilisé pour les lignes à haute tension et le futurs ordinateurs quantiques. Les grands groupes informatiques -comme Google- et les laboratoires de recherche travaillent depuis des années sur les ordinateurs quantiques, qui seraient beaucoup plus puissants que les ordinateurs actuels.

Les États aussi sont très intéressés par ces nouvelles machines. Des documents divulgués par Edward Snowden, l'ancien consultant de l'Agence nationale de sécurité américaine (NSA), ont révélé que celle-ci cherchait à créer un tel ordinateur, notamment pour pour décrypter les communications chiffrées, c'est à dire pouvoir les "casser" sans avoir la clef de déchiffrement.

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