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Les
changements d'état de la matière, sous l'effet d'une élévation
ou d'un abaissement de température, sont des phénomènes bien
familiers.
L'eau qui gèle, la vapeur qui se condense ont certes accompagné
l'homme depuis toujours. De même, on connaît depuis longtemps
des substances dont la structure ou encore les propriétés
électriques ou magnétiques, se modifient de manière discontinue
avec la température ; citons les études de Pierre Curie sur
l'apparition ou la disparition de l'aimantation des oxydes
de fer, ou encore celles qui concernent la supraconductivité
(absence de résistance au courant électrique), etc.
Or,
si ces phénomènes sont bien quotidiens, ils n'en restent pas
moins fort surprenants si l'on examine leur signification
à l'échelle microscopique des atomes et molécules. C'est ainsi
que la solidification d'un fluide se traduit, sous l'effet
d'un minime abaissement de température, par la mise en un
ordonnancement spatial régulier d'un nombre considérable d'atomes,
sans que rien ne soit venu modifier les forces qui régissent
les interactions entre les constituants.
Ces
changements d'état sont dominés par des questions de symétrie
: c'est ainsi que les forces entre atomes ne privilégient
aucune direction particulière, et que pourtant, tant la cristallisation
que l'apparition d'une aimantation par simple refroidissement,
font apparaître des orientations bien déterminées.
Le
changement d'état est donc une brisure spontanée de symétrie :
l'état du système est moins symétrique que les forces entre
atomes constituants ne pouvait le faire prévoir.
Cette
notion de symétrie brisée domine plusieurs branches de la
physique de notre temps : au-delà des études de nouvelles
phases de la matière évoquées ci-dessus, elle est présente
dans la théorie moderne des interactions entre particules
élémentaires, ou encore dans les modèles cosmologiques d'univers
" inflationnistes " primitifs.
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