La supraconductivité s’explique par l’apparition d’une onde collective quantique, le condensat, formée par un très grand nombre d’électrons (au moins mille milliards de milliards dans un solide standard). Cependant, la physique quantique a ses règles. L’une d’entre elle, appelée principe d’exclusion de Pauli, n’autorise l’existence d’un tel condensat que si les ondes qui le composent sont portées par des particules appelées bosons. Malheureusement, les électrons sont des fermions. C’est cette difficulté qui a bloqué les physiciens pendant plus de 40 ans.
Léon Cooper apporte la solution à ce problème en montrant que, pour former le condensat, les électrons se réunissent d’abord par paires. En effet, une paire d’électrons, c’est un boson. En réalité, dans les supraconducteurs conventionnels, tout arrive simultanément : l’apparition des paires et la formation par ces paires du condensat.
Décrivons ce curieux objet qu’est la paire de Cooper : elle est formée par deux électrons liés entre eux, dont les vitesses sont opposées et les spins (des petits aimants quantiques que portent les électrons) tête-bêche. Le « nuage » qu’elle forme est une grande sphère, une grande onde, et les électrons y circulent en sens opposé comme des patineurs vus de haut. Cette onde s’étale sur de grandes distances (on parle de « longueur de cohérence »).
Cette onde, qui représente en réalité deux électrons, est l’objet quantique qui va pouvoir former le condensat : ce sont les paires de Cooper qui se déplaceront à la même vitesse, les électrons formant les paires continuant à avoir des vitesses opposées et respectant le principe de Pauli.
