David Pines, Physicien qui a décrit comment les électrons interagissent
David Pines (1924-2018) est surtout connu pour sa théorie du mouvement collectif des électrons dans les métaux. Il a également appliqué la théorie aux supraconducteurs, aux noyaux atomiques et aux étoiles à neutrons.
Né à Kansas City, Missouri, le 8 juin 1924, David a obtenu un baccalauréat de l’Université de Californie, Berkeley (UCB), en 1944. Après deux ans dans la marine américaine, David a commencé des études supérieures à UCB et les a poursuivies à Princeton Université. Il a obtenu son doctorat à Princeton en 1951 sous la direction de David Bohm ; sa thèse s’intitulait « Le rôle des oscillations de plasma dans les interactions électroniques ». Au cours des trois années suivantes, David et Bohm ont publié trois articles fondateurs liés à ces oscillations collectives et ont développé l’approximation de phase aléatoire, qui reste une méthode clé de la théorie à plusieurs corps. Cela a également fourni à David le premier aperçu de l’émergence du comportement collectif, qui ne pouvait pas être facilement déduit du comportement des composants individuels. 
De 1950 à 1952, David a été instructeur à l’Université de Pennsylvanie. Il a ensuite rejoint John Bardeen à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign (UIUC) en tant que professeur assistant de recherche. En 1955, avec Bardeen, David a publié un article clé sur l’interaction électron-phonon dans les métaux et a montré que les effets de retardement des phonons pouvaient induire une interaction attractive entre les électrons. Cette idée cruciale sous-tend la théorie de la supraconductivité que Bardeen, Leon Cooper et J. Robert Schrieffer ont proposée en 1957 et qui leur a valu le prix Nobel de physique en 1972. L’article de David de 1958 avec Aage Bohr et Ben Mottelson a souligné une analogie possible entre les spectres d’excitation des noyaux et des supraconducteurs ; cet article a joué un rôle fondamental similaire dans les travaux de Bohr, Mottelson,
Pines a développé cette théorie avec David Bohm (1917-1992) [physicien américain qui a réalisé d’importantes contributions en physique quantique, physique théorique] à l’Université de Princeton dans le New Jersey à la fin des années 1940. Leurs travaux ont résolu une énigme majeure de la mécanique quantique, dans laquelle les électrons sont décrits comme des ondes. Les premières théories quantiques prédisaient le comportement des électrons dans les métaux, bien qu’elles ne tiennent pas compte de la répulsion entre les électrons.
Pines et Bohm ont regardé les électrons différemment – comme un plasma quantique, analogue à un gaz constitué de particules chargées. Ils ont réalisé que les électrons se déplacent en groupe dans un métal. Ensemble, les électrons vont et viennent, alternativement attirés par les ions positifs qui composent le réseau cristallin et repoussés les uns par les autres lorsqu’ils se rapprochent trop les uns des autres. Pines et Bohm ont montré que ces oscillations dans la densité des électrons sont quantifiées et n’existent qu’avec un ensemble d’énergies admissibles ; ils ont appelé les oscillations plasmons. Les plasmons adoucissent les forces répulsives entre les électrons individuels, expliquant ainsi pourquoi la théorie quantique a fonctionné.
Les articles fondateurs de Pines et Bohm ont lancé le domaine des matériaux quantiques. Leur approche collective est toujours utilisée pour comprendre toutes les formes de matière quantique.
Pines est décédé le 3 mai, à l’âge de 93 ans. Né à Kansas City, Missouri, il a passé une grande partie de sa dernière enfance à Dallas, au Texas. Après avoir été enrôlé dans la marine américaine au cours des deux dernières années de la Seconde Guerre mondiale, il a repris ses études de physique à l’Université de Californie à Berkeley, où il a rencontré sa femme, Suzy.
Pines espérait travailler sur son doctorat avec J. Robert Oppenheimer, chef de guerre du projet Manhattan. Lorsque Oppenheimer a déménagé à Princeton pour devenir directeur de l’Institute for Advanced Study (IAS), Pines l’a suivi à l’Université de Princeton. Mais Oppenheimer ne pouvait pas le prendre, alors Pines a demandé à l’un des anciens élèves d’Oppenheimer, Bohm, d’être son conseiller.
Ce fut une période difficile pour Bohm, qui fut arrêté en 1950 pour avoir refusé de témoigner devant un comité fédéral sur ses liens avec des groupes communistes. Il a été acquitté en 1951 mais, à un point bas pour le milieu universitaire américain, a perdu son emploi. Pendant cette période sombre, Bohm a vécu comme locataire dans la maison de Pines. Pines a souvent réfléchi à la façon dont les choses auraient pu se passer si Bohm avait accepté la recommandation de Pines d’utiliser un avocat de Washington DC qu’il connaissait.
En 1952, Pines a déménagé à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign (UIUC) pour travailler avec le physicien John Bardeen. Pines y a passé la majeure partie de sa carrière restante. En 1954, Pines et Bardeen ont montré que les électrons dispersés dans un réseau cristallin peuvent être attirés les uns vers les autres (J. Bardeen et D. Pines Phys. 1955). Cette interaction était un élément clé de la théorie Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) de la supraconductivité, développée en 1957. Cet été-là, en collaboration avec Aage Bohr et Ben Mottelson à l’Institut Neils Bohr de Copenhague, Pines a étendu la théorie BCS à la physique nucléaire. Cela expliquait la différence de stabilité des isotopes avec des nombres pairs et impairs de nucléons, tels que l’uranium-238 et l’uranium-235.
Pines a également travaillé sur les liquides quantiques et les superfluides – des liquides qui s’écoulent sans perdre d’énergie. Il a appliqué la théorie superfluide aux étoiles à neutrons, expliquant les brusques perturbations de la vitesse de rotation d’un pulsar (D. Pines et al. Prog. Theor. Phys. 1980). Il a contribué à la «théorie des corps multiples», l’étude du comportement collectif de nombreuses particules en interaction, et à la supraconductivité à haute température, après sa découverte en 1987.
Pines était fasciné par «l’émergence» – le comportement à grande échelle de systèmes complexes qui découle des propriétés microscopiques des constituants du système. Par exemple, dans les supraconducteurs, l’appariement des électrons fait circuler l’électricité sans résistance à basse température. Pines a contribué à de nombreux articles influents, notamment « The middle way » (RB Laughlin et al. Proc. Natl Acad. Sci USA ; 2000), qui appelle les chercheurs à rechercher un comportement émergent dans la physique quantique, douce et biologique.
En effet, Pines était passé maître dans l’art de rassembler diverses personnes pour poursuivre de nouvelles directions. À l’UIUC, il a créé le Centre d’études avancées, qui englobe les sciences, les beaux-arts et l’agriculture. Il a été l’un des premiers physiciens de la matière condensée actifs à l’Aspen Center for Physics dans le Colorado, dont il a été vice-président de 1968 à 1972. Il a cofondé le Santa Fe Institute (SFI) au Nouveau-Mexique, et l’Institut for Complex Adaptive Matter (ICAM-I2CAM), un collectif international de scientifiques étudiant les phénomènes émergents. Les jeunes scientifiques et l’éducation étaient au cœur de tous ces efforts. 
Pines excellait dans la diplomatie scientifique. Pendant la guerre froide, il a mis en place le programme coopératif US-URSS en physique entre 1968 et 1989, qui ont favorisé l’échange d’idées entre les deux communautés. David et Suzy se sont rendus régulièrement en URSS et se sont liés d’amitié avec des scientifiques soviétiques. En 1978, ils ont voyagé sur le chemin de fer transsibérien pour se rendre à une réunion conjointe soviéto-américaine à Moscou, pour découvrir que d’autres membres de la délégation américaine avaient annulé, pour protester contre la lourde peine infligée à un scientifique dissident. Pines est resté, espérant dissiper la tension ; il a sauvé la commission, qui a fonctionné jusqu’à la fin de la guerre froide. Après la guerre, Pines a organisé un programme de visites pour d’anciens physiciens soviétiques à l’UIUC.
On se souviendra de David pour son énergie et son enthousiasme débordants. Sans doute né génie, il n’a jamais cessé de grandir dans sa science et sa vie. Il repoussait toujours les limites, publiant même plusieurs articles cette année. Il avait une joie de vivre qui s’est poursuivie jusqu’à ses 90 ans. Il y a trois ans, racontant fièrement qu’il venait de se rendre de Santa Fe à Aspen – 480 kilomètres à travers les montagnes – en 6 heures, il a plaisanté en disant que la grande chose à propos de vieillir est que « vous arrivez à conduire votre âge ». David a traité un trajet de 90 milles à l’heure comme une promenade tranquille dans le parc.
David Pines était le directeur fondateur de l’Institute for Complex Adaptive Matter et de l’International Institute for Complex Adaptive Matter, un éminent professeur de physique à l’Université de Californie un physicien dont les connaissances théoriques a aidé à expliquer le flux électrique des supraconducteurs et le barattage de la matière à l’intérieur des étoiles effondrées. David Pines était infatigablement enthousiaste et persévérant dans la poursuite de sa propre science et dans la création d’institutions pour favoriser la science des autres.
https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.4119