D\u00e9couvrez l’\u00e9quation de Josephson, fondamentale en supraconductivit\u00e9 et ses applications en ing\u00e9nierie, mesure de tension et informatique quantique.<\/p>\n
L’\u00e9quation de Josephson est un des piliers de la supraconductivit\u00e9, un domaine fascinant de la physique qui \u00e9tudie comment certains mat\u00e9riaux peuvent conduire le courant \u00e9lectrique sans r\u00e9sistance ni perte d’\u00e9nergie. Ces \u00e9quations sont nomm\u00e9es d’apr\u00e8s le physicien britannique Brian David Josephson qui a pr\u00e9vu th\u00e9oriquement l’existence de cet effet en 1962, ce qui lui a valu un prix Nobel. Mais comment une telle \u00e9quation se d\u00e9finit-elle et \u00e0 quoi sert-elle exactement?<\/p>\n
Avant de plonger dans l’\u00e9quation de Josephson, il est essentiel de comprendre le concept de supraconductivit\u00e9. C’est un ph\u00e9nom\u00e8ne qui se produit lorsque certains mat\u00e9riaux sont refroidis \u00e0 des temp\u00e9ratures extr\u00eamement basses, proches du z\u00e9ro absolu (-273.15\u00b0C). \u00c0 ces temp\u00e9ratures, les mat\u00e9riaux perdent toute r\u00e9sistance au passage de l’\u00e9lectricit\u00e9. Ceci permet le passage d’un courant \u00e9lectrique de mani\u00e8re continue sans apport d’\u00e9nergie suppl\u00e9mentaire. En outre, un supraconducteur parfait repoussera tout champ magn\u00e9tique, ph\u00e9nom\u00e8ne connu sous le nom d’effet Meissner.<\/p>\n
L’effet Josephson se produit lorsque deux supraconducteurs sont s\u00e9par\u00e9s par une barri\u00e8re tr\u00e8s mince, qu’on appelle une jonction Josephson. Cette barri\u00e8re peut \u00eatre un isolant ou un m\u00e9tal non supraconducteur. La pr\u00e9diction de Josephson \u00e9tait que m\u00eame si aucun courant ne devrait passer \u00e0 travers une barri\u00e8re non conductrice, dans le monde quantique des supraconducteurs, les \u00e9lectrons paire (des paires d’\u00e9lectrons li\u00e9s ensemble par une interaction sp\u00e9ciale) peuvent en fait traverser la barri\u00e8re.<\/p>\n
La premi\u00e8re des \u00e9quations de Josephson, connue sous le nom d’\u00e9quation de courant Josephson, d\u00e9crit la courant de supercourant \\( I_s \\) qui traverse une jonction Josephson:<\/p>\n
\\[ I_s = I_c \\sin(\\varphi) \\]<\/p>\n
Ici, \\( I_c \\) est le courant critique, la valeur maximale du courant de supercourant que la jonction peut porter sans r\u00e9sistance, et \\( \\varphi \\) est la diff\u00e9rence de phase entre les fonctions d’onde des supraconducteurs de chaque c\u00f4t\u00e9 de la barri\u00e8re.<\/p>\n
La seconde \u00e9quation de Josephson, l’\u00e9quation de phase Josephson, d\u00e9crit la mani\u00e8re dont cette diff\u00e9rence de phase \\( \\varphi \\) \u00e9volue dans le temps :<\/p>\n
\\[ \\frac{d\\varphi}{dt} = \\frac{2e}{\\hbar}V \\]<\/p>\n
O\u00f9 \\( V \\) est la tension appliqu\u00e9e sur la jonction, \\( e \\) est la charge \u00e9l\u00e9mentaire et \\( \\hbar \\) est la constante de Planck r\u00e9duite. Cette \u00e9quation montre que la diff\u00e9rence de phase entre les deux supraconducteurs est directement proportionnelle \u00e0 la tension \u00e0 travers la jonction.<\/p>\n
Les \u00e9quations de Josephson ont des applications pratiques importantes dans le champ de l’ing\u00e9nierie et de la technologie. Elles sont au c\u0153ur du fonctionnement des d\u00e9tecteurs de particules tr\u00e8s sensibles, des dispositifs de mesure de la tension tr\u00e8s pr\u00e9cis et des applications de la computure quantique.<\/p>\n
L’une des utilisations les plus connues est dans le standard de tension Josephson. En utilisant des jonctions Josephson, on est capable de cr\u00e9er des tensions exactement quantifi\u00e9es qui sont directement li\u00e9es aux constantes fondamentales de la physique, permettant de d\u00e9finir le volt de mani\u00e8re extr\u00eamement pr\u00e9cise.<\/p>\n
En outre, l’effet Josephson est aussi utilis\u00e9 dans les SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices), des dispositifs extr\u00eamement sensibles capables de d\u00e9tecter de tr\u00e8s faibles champs magn\u00e9tiques. Ces derniers sont utilis\u00e9s dans la recherche m\u00e9dicale pour l’imagerie par magn\u00e9toenc\u00e9phalographie, qui peut mesurer l’activit\u00e9 c\u00e9r\u00e9brale avec une grande pr\u00e9cision.<\/p>\n
L’\u00e9quation de Josephson est un exemple \u00e9loquent de la beaut\u00e9 et de l’applicabilit\u00e9 de la physique quantique et de la supraconductivit\u00e9. Elle montre comment les lois qui gouvernent des particules \u00e0 l’\u00e9chelle microscopique peuvent avoir des effets palpables et extr\u00eamement utiles dans le monde macroscopique que nous vivons. Gr\u00e2ce \u00e0 Brian Josephson et aux nombreux scientifiques qui ont travaill\u00e9 sur les ph\u00e9nom\u00e8nes reli\u00e9s, l’int\u00e9gration de ces lois dans les dispositifs techniques ouvre des horizons nouveaux dans la technologie de l’information, la m\u00e9decine et au-del\u00e0.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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