TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
Boaz Almog fait "léviter" un supraconducteur
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Comment un disque très mince, d'environ 8 centimètres, peut faire léviter un objet de 70 000 fois son propre poids ? Dans une démonstration futuriste fascinante, Boaz Almog montre comment un phénomène connu sous le nom de verrouillage quantique permet à un disque supraconducteur de flotter au-dessus d'un rail magnétique, sans aucune friction et sans dissipation d'énergie.
Boaz Almog - Quantum Researcher
Boaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation." Full bio
Boaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation." Full bio
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00:25
The phenomenon you saw here for a brief moment
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9752
4318
Le phénomène que vous venez de voir ici
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
s'appelle lévitation quantique et verrouillage quantique.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
Et l'objet qui lévitait ici
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
s'appelle supraconducteur.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
La supraconductivité est un état quantique de la matière,
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
qui se produit uniquement en dessous d'une certaine température critique.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
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36198
2346
Ce phénomène est assez vieux ;
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it was discovered 100 years ago.
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38544
1766
il a été découvert il y a 100 ans.
00:56
However, only recently,
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2126
Cependant, ce n'est que récemment,
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due to several technological advancements,
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2362
en raison de plusieurs avancées technologiques,
01:00
we are now able to demonstrate to you
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2672
que nous avons pu vous démontrer
01:03
quantum levitation and quantum locking.
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47470
3746
la lévitation quantique et le verrouillage quantique.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
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51216
5845
Ainsi, un supraconducteur est défini par deux propriétés.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
La première est une résistance électrique nulle,
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
et la deuxième est l'expulsion d'un champ magnétique de l'intérieur du supraconducteur.
01:23
That sounds complicated, right?
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67406
2895
Ça paraît compliqué, non?
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But what is electrical resistance?
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70301
2872
Mais qu'est-ce que la résistance électrique?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
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73173
6249
Alors, l'électricité est le flux d'électrons à l'intérieur d'un matériau.
01:35
And these electrons, while flowing,
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79422
3349
Ces électrons, tout en circulant,
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they collide with the atoms, and in these collisions
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82771
2688
entrent en collision avec les atomes, et durant ces collisions,
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
ils perdent une certaine quantité d'énergie.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
Ils dissiperont cette énergie sous forme de chaleur, et vous en connaissez l'effet.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
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93276
5919
Cependant, à l'intérieur d'un supraconducteur il n'y a aucune collision,
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
Il n'y a donc aucune dissipation d'énergie.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
C'est tout à fait remarquable. Pensez-y.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
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106868
5079
En physique classique, il y a toujours quelques frictions, une perte d'énergie.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
Mais pas ici, parce que c'est un effet quantique.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
Mais ce n'est pas tout, parce que les supraconducteurs n'aiment pas les champs magnétiques.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
Un supraconducteur tentera d'expulser le champ magnétique de l'intérieur,
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
et il peut le faire grâce à des courants de circulation.
02:31
Now, the combination of both effects --
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135142
2990
La combinaison de ces deux effets,
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the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
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138132
6000
l'expulsion des champs magnétiques et l'absence de résistance électrique,
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
c'est exactement ce qui constitue un supraconducteur.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
Mais ce n'est pas toujours clair, nous le savons tous,
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
et parfois les brins du champ magnétique demeurent à l'intérieur du supraconducteur.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
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158901
3654
Dans les conditions appropriées fournies ici,
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
ces brins du champ magnétique peuvent être piégés à l'intérieur du supraconducteur.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
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167645
6257
Et ces bouts de champ magnétique à l'intérieur du supraconducteur
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
viennent en petites quantités.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
Pourquoi ? Parce que c'est un phénomène quantique.
C'est de la physique quantique.
C'est de la physique quantique.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
Et il s'avère qu'ils se comportent comme des particules quantiques.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
Dans ce film, vous pouvez voir comment ils circulent un à un.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
Ce sont des brins de champs magnétiques.
Ce ne sont pas des particules.
Ce ne sont pas des particules.
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
mais ils se comportent comme des particules.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
C'est pour ça qu'on appelle ce phénomène lévitation quantique et verrouillage quantique.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
Mais qu'arrive-t-il au supraconducteur une fois à l'intérieur d'un champ magnétique ?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
Tout d'abord, il y a des brins de champ magnétique laissés à l'intérieur,
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
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212852
4120
mais le supraconducteur ne veut pas qu'ils circulent,
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
parce que leurs mouvements dissiperont l'énergie,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
ce qui brise l'état de supraconductivité.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
Donc ce qu'il fait en réalité, c'est qu'il verrouille ces brins,
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
appelés fluxons, qu'il verrouille en place.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
Ce qu'il fait en fait c'est se verrouiller lui-même en place.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
Pourquoi ?
Parce que tout mouvement du supraconducteur changera leur place,
Parce que tout mouvement du supraconducteur changera leur place,
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
leur configuration.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
Nous obtenons donc un verrouillage quantique.
Je vais vous montrer comment ça fonctionne.
Je vais vous montrer comment ça fonctionne.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
J'ai ici un supraconducteur que j'ai enveloppé pour qu'il reste froid assez longtemps.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
Et quand je le place sur un aimant ordinaire,
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
il reste verrouillé dans les airs.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(Applaudissements)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
Il ne s'agit pas simplement de lévitation ou de répulsion.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
Je peux réorganiser les fluxons, et il sera verrouillé dans cette nouvelle configuration.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
Comme ça, ou en le déplaçant légèrement vers la droite ou vers la gauche.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
Voici donc un verrouillage quantique, un vrai verrouillag du supraconducteur en trois dimensions.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
Bien sûr, je peux le retourner à l'envers,
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
et il restera verrouillé.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
Maintenant que nous comprenons que cette soi-disant lévitation est en fait un verrouillage,
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
oui, nous l'avons bien compris,
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
vous ne serez pas surpris d'entendre que si je prends cet aimant circulaire,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
dans lequel le champ magnétique est le même tout autour,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
le supraconducteur sera capable de tourner librement autour de l'axe de l'aimant.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
Pourquoi ? Parce que tant qu'il tourne, le verrouillage est maintenu.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
Vous voyez ? Je peux ajuster et je peux faire pivoter le supraconducteur.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
Nous avons le mouvement sans friction.
Il est encore en lévitation, mais il peut se déplacer librement.
Il est encore en lévitation, mais il peut se déplacer librement.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
Ainsi, nous avons un verrouillage quantique et nous pouvons faire léviter le supraconducteur au-dessus de cet aimant.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
Mais combien de fluxons, de cordons magnétiques y a-t-il dans un seul disque comme ceci ?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
Nous pouvons les calculer, et il s'avère qu'il y en a beaucoup.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
100 milliards de brins de champ magnétique à l'intérieur de ce disque d'environ 8 centimètres.
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
Mais ce n'est pas ce qu'il y a de plus étonnant, parce qu'il y a quelque chose que je n'ai pas encore dit.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
Ce qui est étonnant c'est que le supraconducteur que vous voyez ici
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
mesure un demi-micromètre d'épaisseur uniquement.
Il est extrêmement mince.
Il est extrêmement mince.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
Et cette couche très mince est capable de faire léviter plus de 70 000 fois son propre poids.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
Cet effet est remarquable et puissant.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
Je peux étendre cet aimant circulaire,
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
et lui faire suivre le chemin que je veux.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
Par exemple, au-dessus de ce large rail circulaire ici,
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
je peux placer le disque supraconducteur,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
qui s'y déplacera librement.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(Applaudissements)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
Ce n'est pas tout. Je peux ajuster sa position comme ça, le faire pivoter,
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
et il se déplace librement dans cette nouvelle position.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
Et je peux même essayer autre chose ; essayons-la pour la première fois.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
Je peux prendre ce disque et le mettre ici,
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
et pendant qu'il y est -- ne bouge pas --
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
Je vais essayer de faire pivoter la piste,
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
et j'espère que, si je le fait correctement,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
Il restera suspendu.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(Applaudissements)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
Vous voyez, c'est le verrouillage quantique, non pas de la lévitation.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
Pendant que je le laisse circuler un peu plus longtemps,
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
permettez-moi de vous en dire un peu plus sur les supraconducteurs.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
(Rires)
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
Nous savons maintenant que nous sommes en mesure de transférer une quantité énorme de courants à l'intérieur des supraconducteurs,
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
nous pouvons donc les utiliser pour produire des champs magnétiques intenses,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
comme il en faut pour les appareils d'IRM, les accélérateurs de particules et ainsi de suite.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
Mais nous pouvons aussi stocker de l'énergie en utilisant des supraconducteurs,
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
parce qu'il n'y a aucune dissipation.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
Et nous pourrions aussi produire des câbles d'alimentation, pour transférer des quantités énormes de courant entre les centrales électriques.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
Imaginez qu'il soit possible de renforcer une seule centrale avec un seul câble supraconducteur.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
Mais quel est l'avenir de la lévitation quantique et du verrouillage quantique ?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
Permettez-moi de répondre à cette simple question avec un exemple.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
Imaginez que vous avez un disque similaire à celui que j'ai ici dans ma main,
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
environ 8 centimètres de diamètre, avec une seule différence.
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
La couche du supraconducteur, au lieu de mesurer un micromètre d'épaisseur,
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
c'est-à-dire mince de deux millimètres, très mince.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
Cette couche du supraconducteur de deux-millimètres d'épaisseur pourrait supporter 1000 kg, une petite voiture, dans ma main.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
Incroyable. Merci.
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(Applaudissements)
ABOUT THE SPEAKER
Boaz Almog - Quantum ResearcherBoaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation."
Why you should listen
In October 2011, Boaz Almog demonstrated how a superconducting disk can be trapped in a surrounding magnetic field to levitate above it, a phenomenon called “quantum levitation.” This demonstration, seemingly taken from a sci-fi movie, is the result of many years of R&D on high-quality superconductors. By using exceptional superconductors cooled in liquid nitrogen, Almog and his colleague Mishael Azoulay at the superconductivity group at Tel Aviv University (lead by Prof. Guy Deutscher) were able to demonstrate a quantum effect that, although well known to physicists worldwide, had never been seen and demonstrated in such a compelling way.
Experiment credits:
Prof. Guy Deutscher, Mishael Azoulay and Boaz Almog
High Tc Superconductivity Group
School of Physics and Astronomy
Tel Aviv University
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Boaz Almog | Speaker | TED.com