LANDAU (L. D.)


LANDAU (L. D.)
LANDAU (L. D.)

Physicien soviétique, Lev Landau se spécialise dans les travaux sur le diamagnétisme et sur l’antiferromagnétisme, domaine nouveau qu’il est le premier à explorer.

Ces recherches sur les transitions de phase le conduisent tout droit à la nouvelle physique de la matière condensée du XXe siècle, avec des travaux sur l’hélium ainsi que sur les phénomènes de superfluidité et de supraconductivité.

Couronné par le prix Nobel en 1962, Lev Landau laisse derrière lui un cours de physique théorique en sept volumes que les étudiants et les physiciens du monde entier connaissent.

Une carrière remarquable

Lev Landau est né le 22 janvier 1908 à Bakou, au bord de la mer Caspienne, centre pétrolier en pleine expansion. Son père était ingénieur et travaillait dans une compagnie pétrolière. Sa mère était médecin. Lev Landau se passionne très tôt pour les sciences. Il est à peine âgé de treize ans lorsqu’il termine ses études secondaires. Trop jeune pour entrer à l’université, il commence, à la demande de ses parents, des études d’économie dans une école technique supérieure, qu’il abandonne un an plus tard pour s’inscrire à l’université. Il y suivra simultanément les cours des facultés de chimie et de physique.

Le jeune Landau, avide de savoir, n’est pas satisfait par la qualité de l’enseignement dispensé à Bakou. Il part en 1924 pour Petrograd, où il s’inscrit à la faculté de physique.

Il y rencontre des jeunes gens de talent qui vont devenir par la suite de grands théoriciens: V. Ambartsoumian, G. Gamov, M. Bronstein, D. Ivanenko. En 1928, Lev Landau a dix-neuf ans, il est diplômé de l’université de Petrograd et obtient une bourse pour préparer une thèse à l’Institut physico-technique de Leningrad. Deux ans plus tard, il effectue son premier voyage à l’étranger. Il est déjà l’auteur de deux ouvrages consacrés à la mécanique quantique. Il est donc accueilli en tant que savant au laboratoire de Niels Bohr à Copenhague où il retournera en 1933, puis en 1934. Au cours de ses séjours à l’étranger, Lev Landau se rend à Berlin où il fait la connaissance d’Einstein. Il effectue également des stages en Grande-Bretagne, en Suisse et aux Pays-Bas. Mais ce sont ses contacts avec Niels Bohr qui le marquent davantage. Il écrit alors son célèbre ouvrage, Le Diamagnétisme du gaz électronique . Avec Wolfgang Pauli, il est co-auteur des Principes de la mécanique quantique relativiste .

En 1932, Lev Landau dirige le groupe de recherche de l’Institut physico-technique de Kharkov (Ukraine). Nommé professeur, il occupe la chaire de physique théorique à l’université. Kharkov devient un nouveau centre de recherches en physique qui attire l’attention des physiciens étrangers. La revue Physikalische Zeitschrift der Soviet Union voit alors le jour.

En 1937, Lev Landau est invité à l’Institut des problèmes physiques auprès de l’Académie des sciences de l’U.R.S.S., par Piotr Kapitsa qui en est le fondateur. Il y travaillera jusqu’à sa mort.

Lev Landau s’est opposé à la création de grands groupes de chercheurs. Lui-même a, pendant une longue période, travaillé uniquement avec Evgenij Lifshits.

À la fin des années trente, il dirige un séminaire théorique auquel participent des physiciens de très haut niveau, venus de différentes villes du pays. Pour obtenir le droit de présenter un exposé à son séminaire, il fallait avoir passé un test de connaissances théoriques minimales (toutefois, cette règle n’était pas appliquée de manière très stricte). Ainsi naquit l’école Landau, qui a formé de grands théoriciens.

En 1937, Lev Landau épouse Kora Dobrantséva qu’il connaît depuis son séjour à Kharkov et dont, en 1946, il a un fils, Igor, futur chercheur en chimie.

De 1941 à 1943, le grand physicien vit à Kazan, où l’Institut a été évacué dès le début de la guerre contre l’Allemagne. De retour à Moscou, il donne un cours de physique théorique à l’École supérieure physico-technique. Cet établissement, fondé dès la fin de la guerre, va former les meilleurs physiciens de la génération d’après-guerre. Pendant un certain temps, Lev Landau enseigne également à l’université d’État de Moscou.

La période moscovite est féconde. Un nombre considérable d’élèves suivent ses cours. La plupart d’entre eux vont acquérir par la suite une renommée mondiale. Il réalise des travaux théoriques fondamentaux et rédige son cours de physique théorique en dix volumes.

Ses travaux, publiés dans les années cinquante, le situent parmi les plus grands physiciens de notre siècle. Malheureusement, son activité de chercheur s’arrête brusquement: le 7 janvier 1962, deux semaines avant son cinquante-quatrième anniversaire, Landau est victime d’un accident de la circulation. Après six semaines passées dans le coma, il reprend connaissance. Sa vie est sauvée, mais le savant n’est plus. Son état va s’aggraver d’année en année et il meurt, le 1er avril 1968, après une opération difficile.

Lev Landau était membre titulaire de l’Académie des sciences de l’U.R.S.S., trois fois lauréat du prix d’État (1946, 1949 et 1953). En 1962, peu après son accident, il partage le prix Lénine avec E. Lifshits. Il est deux fois Héros du travail socialiste et deux fois chevalier de l’Ordre de Lénine.

Lev Landau était aussi membre de la Royal Society britannique, membre honoris causa des Académies des sciences du Danemark, des Pays-Bas et des États-Unis d’Amérique. La R.F.A. lui a décerné la médaille Max Planck en 1961; il a reçu le prix Fritz London (États-Unis) en 1961 et le prix Nobel lui a été attribué en 1962.

L’œuvre scientifique et les publications

Lev Landau possédait, en matière de recherche, une étonnante intuition. Ses méthodes étaient très efficaces et d’une rare simplicité. Il utilisait un minimum d’appareil mathématique, même s’il n’hésitait pas à recourir à des modèles mathématiques complexes le cas échéant.

Cet homme éminent est parvenu à des résultats appréciables dans presque tous les domaines de la physique. Certains portent son nom, comme c’est le cas pour le diamagnétisme (op. cit. ).

En 1933, au cours des travaux sur la susceptibilité magnétique à basse température, il introduit la notion de l’antiferromagnétisme (le terme lui-même apparaîtra plus tardivement), qu’il définit comme étant la phase hypothétique par laquelle passe le paramagnétisme à une température donnée, la température de Néel.

En 1933, Landau publie un ouvrage qui sert de point de départ à la théorie des polarons, niveaux d’énergie électroniques dans le puits de potentiel créé par la polarisation du réseau cristallin. Cette théorie a été développée en 1948, avec la collaboration de S. Pekar.

En 1936, il développe avec E. Lifshits la théorie sur la formation de domaines présentant une aimantation différente dans les ferromagnétiques.

En 1937, Landau publie deux ouvrages concernant la théorie des transitions de phase de deuxième espèce. Aujourd’hui, cette théorie porte son nom. Elle a servi de point de départ à l’une de ses plus brillantes réalisations, le développement de la théorie macroscopique de la supraconductivité (en commun avec V. Guinsbourg, en 1950). Les propriétés de l’équation Guinsbourg-Landau ont suscité d’importants travaux sur la théorie des équations non linéaires.

Travaillant sur les transitions de phases, il prévoit l’existence des pulsars dès 1938.

Toutes ces recherches conduisent Lev Landau à développer la théorie de la superfluidité de l’hélium II (1941-1944), phénomène découvert par Piotr Kapitsa en 1937. Ses travaux ont eu une répercussion très grande dans le domaine de la physique de l’état condensé.

Au cours des dernières années de son activité scientifique, il a élaboré la théorie des liquides de Fermi quantiques (trois années de travail, de 1956 à 1958), qui s’est révélée fort utile dans la théorie de l’hélium III liquide.

Ses recherches sur l’hélium liquide, les isotopes, 4He et 3He, ont favorisé la programmation de nombreuses expériences par l’Institut de Kapitsa et dans d’autres laboratoires à travers le monde.

Pendant la guerre, Lev Landau, en collaboration avec E. Lifshits, travaille à l’élaboration d’un cours d’hydrodynamique. Cet ouvrage contient de nombreux résultats inédits, dont une partie seulement a été publiée dans des revues. Ainsi, les travaux sur la turbulence (mécanisme Landau, 1944) et sur les ondes de choc (1945) ont pris forme.

L’ouvrage sur l’amortissement des ondes électroniques dans le plasma (effet Landau, 1946) a contribué à l’élaboration de la théorie des plasmas.

En 1954-1955, Lev Landau publie, avec A. Abrikossov, I. Pomenrantchouk et I. Khalatnikov, une série de travaux sur l’électrodynamique quantique. Les auteurs démontrent que l’interaction électromagnétique conduit à l’écrantage absolu de la charge ponctuelle et à la disparition obligatoire de l’interaction («zéro de Moscou»), ce qui témoigne de la non-fermeture de l’électrodynamique. Ces travaux ont donné matière à des considérations sur la théorie des champs (théorie quantique relativiste). Les «diagrammes de Landau», méthode de recherche des singularités d’amplitude dans la théorie des champs, datent de cette époque-là.

En 1956, Lee et Yang ont découvert la non-conservation de la parité dans la radioactivité bêta. Lev Landau a émis, en même temps qu’A. Salam, l’hypothèse de la conservation de la parité CP, avec changement simultané des signes des coordonnées spatiales et de la charge. La loi sur la conservation de la parité CP est respectée, même si ce n’est pas strictement, dans la plupart des équations concernant les particules élémentaires [cf. PARTICULES ÉLÉMENTAIRES].

Lev Landau est également l’auteur d’une série de découvertes concernant le développement des gerbes produites par des rayons cosmiques (avec Y. Roumer, en 1938), la théorie de la diffusion proton-proton (avec Y. Smorodinski, en 1944).

Lev Landau a entrepris, dès 1938, la rédaction d’un cours de physique théorique. Il s’agit là d’un ouvrage monumental auquel il a travaillé toute sa vie en collaboration avec E. Lifshits. Sept volumes étaient achevés lorsqu’il eut son accident. Les trois derniers seront écrits par E. Lifshits, assisté de V. Berestetski et L. Pitaïevski. Cet ouvrage, célèbre auprès des étudiants et des physiciens du monde entier, a été traduit en anglais, français, allemand, italien, polonais, japonais, chinois, et plusieurs fois réédité.

Lev Landau écrivit également un cours tiré de ses conférences sur la physique du noyau (avec Y. Smorodinski). Il est aussi l’auteur de deux ouvrages de vulgarisation scientifique: Qu’est-ce que la relativité? , écrit de façon simple et captivante et traduit en plusieurs langues, et La Physique pour tous , rédigé en collaboration avec A. Kitaïgorodski.

Encyclopédie Universelle. 2012.

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