Mesure de la Viscosité dans l'Hélium 3 liquide fortement polarisé
Résumé
3He at low temperature is a model system for interacting fermions. This thesis is an experimental study of the effect of nuclear polarization on the viscosity of liquid 3He, which is specifically a quantum effect. The same kind of effect has been shown theoretically and experimentally as well in gaseous 3He, but theoretical models disagree on the mechanism in the liquid phase. Experimentally, the main problem is to obtain strongly polarized liquid 3He. The technique used here is the rapid melting of a polarized solid. However, viscosity is strongly temperature dependent. A precise control of the temperature in the experimental cell is then needed to separate polarization effects from thermal effects linked to the rapid melting technique. We show that the viscosity is enhanced by nuclear polarization, in agreement with previous experiments. Thanks to an improved experimental device, our range of polarization extents up to 60\%. Moreover, experiments carried out at different temperatures shows that the polarization induced viscosity enhancement operates beyond the degenerate regime, disappearing only at 1K. Finally, the effect shows a weak pressure dependence. The persistence of an effect from quantum statistical origin beyond the degenerate regime is an open theoretical question. Moreover, we need to improve our understanding of liquid 3He at low temperature, in particular the weak pressure dependence of the polarization induced viscosity enhancement.
L'3He à basse température est l'archétype d'un fluide de fermions en interaction. Le but de cette thèse est d'étudier expérimentalement un effet quantique dans l'3He liquide~: L'influence de la polarisation nucléaire sur la viscosité. Ce type d'effet est connu dans la phase gazeuse, mais les modèles théoriques donnent des réponses diverses concernant la phase liquide. Expérimentalement, la difficulté consiste à obtenir de forts taux de polarisation dans l'3He liquide. Nous utilisons pour cela la méthode de fusion rapide d'un solide aimanté. La viscosité étant une quantité fortement dépendante de la température, il faut un bon contrôle de l'homogénéité thermique dans la cellule expérimentale pour isoler les effets dus à la polarisation des variations de température liées à la méthode de fusion rapide. En accord avec des mesures antérieures, nous montrons que la polarisation nucléaire a pour effet d'augmenter la viscosité. Grâce à un dispositif expérimental de conception soignée, nous étendons la gamme de polarisation explorée jusqu'à des taux de 60\%. De plus, des expériences à différentes températures nous permettent de montrer que cet effet survit au-delà du régime où les spins sont dégénérés, et disparaît vers 1K. Enfin, nous montrons que l'effet de la polarisation dépend peu de la pression. Ces résultats posent des questions théoriques importantes dans les deux régimes de température que nous avons explorés~: Il faut raffiner les modèles existants pour comprendre la faible dépendance en pression de l'effet de la polarisation sur la viscosité à basse température. A haute température, il s'agit de comprendre comment des effets de statistique quantique peuvent subsister en-dehors du régime dégénéré dans un système dense.