COOPER LEON N. (1930-2024)

Leon N. Cooper est un physicien théoricien américain, Prix Nobel de physique en 1972 pour sa participation à l’élaboration de la théorie de la supraconductivité.

Né le 28 février 1930 à New York dans le quartier du Bronx, Leon Kupchick est le fils d’un émigrant biélorusse – qui modifiera son nom de famille en Cooper – et d’une mère polonaise, qui décède alors qu’il a sept ans. Il étudie à l'université Columbia jusqu’à obtenir son doctorat de physique en 1954. Sa thèse, sous la direction de Robert Serber (1909-1997), porte sur les propriétés électromagnétiques des noyaux atomiques.

Lors d’un séjour postdoctoral à l’Institute for Advanced Studies de Princeton, il se joint à l’effort de John Bardeen (1908-1991) qui tente d’élaborer une théorie expliquant le phénomène de supraconductivité de certains métaux, c’est-à-dire leur absence de résistance électrique à très basse température. En novembre 1956, Cooper émet l’hypothèse que certains électrons de ces atomes forment des paires lorsque leur énergie cinétique est suffisamment basse, c’est-à-dire lorsque le solide est refroidi au voisinage du zéro absolu. Ces états quasiment liés de deux électrons ont un spin entier caractéristique des bosons et une taille de l’ordre du micromètre. Ce concept de « paires de Cooper » permet à Bardeen – qui reçoit son premier prix Nobel, en 1956, pour l’invention du transistor – et son étudiant John Robert Schrieffer (1931-2019) de formuler avec Cooper, en avril 1957, la première théorie microscopique de la supraconductivité. Le phénomène y est reconnu comme la conséquence de la condensation des paires de Cooper dans un état fondamental. En décembre 1957, le trio publie un second article détaillant les caractéristiques attendues de la transition de phase entre l’état habituel et l’état supraconducteur. Les trois auteurs de la théorie – connue depuis sous l’acronyme BCS – seront récompensés par le prix Nobel en 1972. La découverte totalement inattendue en 1986 des supraconducteurs à haute température montrera cependant que la théorie BCS ne suffit pas à rendre compte de toutes les manifestations de la supraconductivité.

Après des séjours d’un an à Princeton, à l'université de l'Illinois et à celle de l'Ohio, Cooper est nommé professeur à l'université Brown à Providence (Rhode Island) en 1958, poste qu’il occupe jusqu’à sa retraite. Tout en continuant à enseigner la physique, il se consacre de plus en plus au fonctionnement du cerveau humain. En 1973, il fonde dans son université l’Institut du cerveau et des systèmes neuronaux. Avec son collègue Charles Elbaum (1926-2018), il crée en 1977 la compagnie Nestor afin de développer des applications pratiques de réseaux de neurones artificiels. Les succès commerciaux seront multiples pour cette compagnie dans différents domaines, comme celui de l’identification des véhicules. Avec deux doctorants, Cooper propose en 1982 le premier modèle mathématique décrivant la façon dont les modifications des synapses pourraient contribuer à l’apprentissage et la mémoire. Publié sous le titre « Théorie du développement de la sélectivité neuronale » – théorie dite BCM pour Bienenstock, Cooper et Munro – dans le Journal ofNeuroscience, ce travail représente mathématiquement les conséquences des caractéristiques d’un influx présynaptique sur l’activité des neurones postsynaptiques suivants. Dans cette théorie, un influx de faible fréquence entraîne une potentialisation du système postsynaptique, tandis qu’un influx intense provoque une dépression. Des équations différentielles permettent de décrire l’évolution dans le temps de ces différents états, dont la modification est décrite par la notion de « poids synaptique » dépendant de l’activité. La quantité cruciale en est le « seuil[...]