Cette année, le prix nobel de physique a ete attribué a Makoto Kobayashi et Toshihide Maskawa pour leur travaux sur la "brisure spontanée de symetrie".

Mais qu'est ce que la brisure de symetrie en physique?

La symetrie en physique est bien plus importante que ce que l'on voit en maths quand on es au college ( il faut comprendre que ce n'est pas seulement l'operation qui transforme un point en autre par rapport a un axe ou a un point.).

Quand on parle de symetrie en physique cela s'applique aux lois physique ( par exemple les equations qui regissent le mouvement d'un particule). La symetrie en physique, pour decrire ca assez simplement, c'est l'ensemble des operations qui laissent inchangées les lois qui gouvernent un systeme physique.

Par exemple ( en mecanique classique); Si je regarde le mouvement d'un particule ponctuelle ( c'est a dire dont on néglige les dimensions) M de masse m et qui possede un vitesse initiale Vo. Selon les conditions ( presence ou non de forces, de champ electromagnetiques), Un certain mouvement de la particule M va etre possible.Maintenant, supposons que je translate ma particule. Les conditions etant les memes, La particule ainsi translaté aura le meme mouvement ( puisque que ce sont les meme forces qui s'exercent sur elles.)

Prenons, un exemple un peu plus "visuel". Je veux regarder le mouvement d'un bille sur un plan incliné posé sur le sol. On place la bille sur le haut du plan, et elle va rouler jusqu'en bas du plan incliné. Maintenant, je refais la meme experience en ayant deplacé mon plan incliné de 1 m parallelement au sol. On pose la bille de la meme facon et on observe alors le meme mouvement. Que peut on alors conclure de cette experience?

Simplement que ce systeme est invarient par symetrie de translation. ( ca peut paraitre un peu bete pour la mecanique classique. Mais quand on regarde les symetries en mecanique quantique ou en mecanique relativiste c'est loin d'etre toujours aussi evident).

J'ai donc expliquer c'est qu'etait l'invarience par symetrie en physique. Mais ca n'explique pas ce qu'es la brisure de symetrie. C'est ce que je vais tenter d'expliquer maintenant.

Pour decrire le mouvement d'une particules en physique on as besoin d'equations qui permettent de decrire les mouvements. Normalement ces equations possedents de proprietes de symetries ( exemple: la symetrie de translation dans le cas que j'ai expliqué ci dessus). maintenant, si certaines conditions sont imposé au systeme physique, celui ci peut "perdre" un symetrie, c'est ca que l'on appelle brisure de symetrie; C'est le fait d'appliquer certaines contraintes a un systeme afin qu'une propriete de symetrie ne puissent plus s'appliquer. Je vais essayer de decrire cela avec un exemple: le solides cristallins.

Pour decrire les chose de facon simple; un cristal est constitué d'atomes relié etre eux et formant ainsi un arragement regulier et periodique que l'on appelle un reseau.

Ce reseau , possede des proprietes de symetries: ce sont de propriete de symetrie par rapport a certaines rotations, des proprietes de translations...

Néanmoins, si on regarde le probleme sous un autre angle, que peut on dire des proprietes de symetries?

Au lieu de m'interresser au reseau je vais m'interresé au atomes qui constituent ce reseau. On pet decrire ces atomes de facon quantique par l'equation de schrodinger. Cette equation a pour propriete d'etre invariente pour toutes les translations et toutes les rotations.

On voit donc que suivant que l'on regarde le reseau ou les atomes qui le composent on ne retrouve pas les meme propriéte de symetries; c'est ce que l'on appelle une brisure spontanée de symetrie.

La brisure spontanée de symetrie est un phenomene importants car cela peut changer radicalement les proprietes d'un systeme ( en fait ca peux changer tout un systeme.). Pour ilustrer l'importance de ce phenomene sur un systeme physique. Je vais decrire ce qu'il se passe pour les proprietes de symetrie des cristaux liquides:

Je vais parler plus precisement du 8cb (4'-n-octyl-4-cyanobiphenil). Selon la temperature, il va etre sous differentes "formes" ( en physique on parle plutot de phase: phase liquide, phase gazeuse,...)

En dessous de 24 ° C il es dans un etat de solide cristallin

Entre 24 ° C et 34 °C il es dans une phase smectique A

Entre 34 ° C et 42 °C il es dans une phase nématique

au dessus de 42 °C il es dans un etat liquides.

Selon la phase les proprietes de ce compose sont tres differentes. Je vais decrire les symetries de chaque phase.

Commencons par la phase liquide:

Dans cette phase les molecules peuvent s'orienter comme elle le souhaitent, il n'y a pas vraiment d'ordre ( les molecules restent lies entre elle mais tres faiblement.). Dans une telle situation toutes les proprietes de symetrie sont possible ( en effet, plus un systeme est desordonné plus il possede de proprietes de symetrie); Notamment les symetries de translations ( suivant les 3 directions de l'espace) et de rotations.

Maintenant la phase nématique:

Dans cette phase, les molecules vont s'oriente suivant une direction moyenne ( que l'on appelle le directeur). Il y a donc un brisure de la symetrie d'orientation par rapport au liquide ; c'est un cristal liquide.

Ensuite la phase smectique A:

Le molecules vont non seulement avoir un direction moyenne mais vont en plus s'organiser en forme de couche. Donc par rapport a la phase nématique on observera une brisure de la symetrie de translation dans une direction de l'espace. Ce composé reste un cristal liquide mais il possédera des propriete tres differentes d'un cristal liquide nématique.

Enfin, comme explique plus haut, le cristal.

Le cristal est ordonné sous forme d'un reseau parfaitement ordonné ( donc tres peu symetrique), et il ne restera donc qu'un tres petit nombre d'elements de symetrie.

Je pense que ce dernier exemple permet de bien comprendre l'importance de la brisure de symetrie en physique.

NB:

Pour en revenir au prix nobel. Les deux chercheurs on etait recompensé par rapport a leur travaux sur la brisure de symetrie en physique des particules. Ce que je n'ai pas decrit ici; pour plusieurs raisons:

1) Parce que je ne suis pas tres familier avec la physique des particules

2) parce que c'est quelque chose de tres "technique" (comprendre beaucoup de calculs, de chose assez compliquer...)

3) je voulais presenter la brisure spontanée de symetrie de facon aussi générale que possible.

En esperant avoir ete clair. A une prochaine chronique sur la physique ( qui sera tres certainement la secondre partie de ma description des ecrans LCD)

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