Helium 4
superfluidité et troisième son
Réglage de l'appareillage :
Protocole expérimental à suivre pour faire des mesures de troisième son :
1. Changer la température sur le dispositif du pont de Winston (Voir Figure 2)
2. Régler l'amplificateur de réglage de "polariseur" : retour sur l'ancien Gain (ici c'était 100)
3. Régler le champ magnétique :
Retour à l'intensité qui circule dans la bobine à l'aide du générateur
Activer le switch (brancher la bobine sur le circuit)
Changer la valeur de l'intensité de sorte à ce trouver au milieu de la zone de Transition supraconductrice de la bobine.
Désactiver le switch (remettre la bobine en circuit fermer)
Eteindre le générateur pour éviter de transmettre au système de la chaleur.
Fig. 2 Pont de Wiston qui permet de régler et mesurer la température de la
boite expérimentale.
4. Mesure la sensibilité
Régler le Gain (ici à 10K)
Faire une mesure de variation de tension en fonction d'une faible variation de température (En général de l'ordre de 2 mK )
Conclure sur la sensibilité du détecteur
Que ce passe t-il a d'autre température ?
Température plus élevée :
On vérifie bien que lorsque la température augmente, la vitesse augmente également.
Température plus basse :
A basse température, les atomes 4 He n'ont plus d'effet de groupe (mode collectif), qui donnait naissance aux 1 ier son, et ce comporte maintenant de façon individuel (balistiques). Cela s'explique par le fait que le libre parcours moyen est désormais très grand ( ~ 700 μ m à 0,6 K , contre ~ 24 μ m à 0 , 8 K ).
Nous ne détectons plus une onde sonore, mais seulement une grosse patate .
Pourquoi une patate ? Car les atomes d'Hélium n'arrive pas en même temps. Cela dépend de leurs énergies cinétiques ainsi que de leur trajectoire (Voir Figure 3). D'ailleurs on peut même calculer leurs énergies cinétiques et ainsi connaître la distribution d'énergie (qui est une distribution de Boltzmann).
Mesure de la vitesse des signaux du gaz :
cette courbe représente une courbe du 3 ième sons (3ièmepic) et les deux premeirs représentent le premier son c'est-à-dire le gaz.
Pourquoi deux pics sont observés avant le troisième son ? Ces pics sont dut au 1 ier son qui se propage au dessus du film mince superfluide. Mais alors pourquoi deux ? Le premier correspond au voyage de l'onde normal, mais le second vient du fait qu'au dessus du film, nous avons une deuxième plaque qui sert à d'autre expérience (voir tire balistiques des atomes de 4 He ) à faire et nous avons donc une deuxième onde qui arrive en retard car elle c'est d'abord réfléchie sur cette plaque Voir Figure 1. Remarque : Pour l'épaisseur du film, on peut la calculer à partir de la
Fig. 1
vitesse du 3 ième son. Si on change la température de l'émetteur alors la vitesse de propagation ne change pas. Si on change la température de la boite alors la vitesse va changé car l'épaisseur va elle même changer (dans notre dispositif expérimentale, on ne peut pas la contrôler car la surface dans la boîte d'expérience est trop faible.
Fig. 3 : Montage qui conduit à la répartition des atomes d'hélium en forme de "patate"