Allen a découvert la phase superfluide de la matière en 1937 en utilisant de l’hélium liquide
John Frank « Jack » Allen (1908- 2001), né à Winnipeg le 5 mai 1908, fils de Frank Allen et de Sarah Estelle « Sadie » Harper (1875-1915), il fait ses études à la Kelvin High School puis étudie la physique à l’Université du Manitoba avant de poursuivre des études supérieures à l’Université de Toronto en 1929. En 1935, il part étudier à l’Université de Cambridge au Royaume-Uni, se spécialisant dans les phénomènes à basse température. Deux ans plus tard, il découvre la superfluidité avec Pyotr L. Kapitza et A. Don Misener.
Il a été professeur de physique à l’Université St. Andrews en Écosse de 1947 à 1978, période pendant laquelle il a été titulaire d’une bourse Rockefeller au California Institute of Technology de Pasadena. Nommé chef du département de physique de l’Université St. Andrews en 1947, il a été nommé membre de la Royal Society de Londres en 1949. Pendant la Seconde Guerre mondiale, il a été directeur par intérim du laboratoire Mond, menant des travaux expérimentaux et des recherches sur la guerre sous deux ministères du gouvernement britannique.
Résumé de la recherche John Allen
Professeur honoraire Génétique, Évolution & Environnement – Div des biosciences
Intérêts actuels
Chloroplastes et mitochondries
Pourquoi les chloroplastes et les mitochondries contiennent-ils des systèmes génétiques distincts pour constituer un sous-ensemble petit mais constant de leurs propres protéines ? Je propose que le contrôle redox de l’expression des gènes explique la fonction des génomes des chloroplastes et des mitochondries et leur rétention, dans l’évolution, en tant que systèmes génétiques extranucléaires. Cette hypothèse est nommée « CoRR » pour « Co-location for Redox Regulation ». Le CoRR affirme que la régulation redox de l’expression des gènes rembourse, à elle seule, le coût énorme du maintien des systèmes génétiques dans les chloroplastes et les mitochondries des cellules eucaryotes. Pour les mitochondries animales, ce coût comprend le vieillissement et la mort de l’individu. Les mitochondries modèles sont sauvées et obtiennent l’immortalité au moyen de l’héritage maternel et du sexe. La chimie redox est donc une clé pour comprendre à la fois l’évolution cellulaire et la transduction d’énergie biologique. Dans mon laboratoire, Sujith Puthiyaveetil a découvert la kinase capteur « bactérienne » ancestrale conservée qui couple le transport d’électrons à la transcription des gènes du chloroplaste, et dont l’existence et les propriétés sont prédites par le CoRR. De nombreuses prédictions expérimentales découlent de cette découverte clé.
L’origine de l’oxygène atmosphérique 
Je propose que la photosynthèse dégageant de l’oxygène soit née d’une simple mutation qui a produit l’expression constitutive de deux ensembles de gènes de centres de réaction, autrement exprimés à des moments différents et à des endroits différents dans une bactérie anaérobie. Des porteurs d’électrons partagés ont ensuite connecté les deux photosystèmes nouvellement coexistant, donnant naissance au photosystème I et au photosystème II et à la première cyanobactérie. La connexion électrique a permis la génération indéfiniment renouvelable de potentiels électrochimiques suffisamment élevés pour oxyder l’eau en oxygène. Cette hypothèse vérifiable donne un aperçu de l’origine de la photosynthèse oxygénique – la profonde transition évolutive et géochimique qui a ouvert la voie à la respiration aérobie, aux eucaryotes, à la multicellularité, aux plantes et aux animaux et à la colonisation de la terre.
Mitochondries, vieillissement, sexes séparés
La fécondation d’un ovule par un spermatozoïde, comme tous les processus vitaux, nécessite de l’énergie, qui est fournie sous forme d’ATP. L’ATP est fabriquée dans les mitochondries. Cependant, il y a un prix à payer : les mitochondries contiennent également de l’ADN, qui est progressivement dégradé par la chimie nécessaire à la synthèse de l’ATP. Nous montrons que les mitochondries des œufs sont radicalement différentes de toutes les autres en étant dans un état d’animation suspendue – incapables d’utiliser les informations contenues dans leur ADN pour fabriquer la machinerie protéique de la respiration. Les mitochondries des spermatozoïdes s’usent et sont jetées une fois leur travail terminé. Mais, dans leurs lignées germinales, les femelles portent des mitochondries qui ne vieillissent jamais.
Régulation de la photosynthèse
Dans la photosynthèse, l’état redox de la plastoquinone porteuse d’électrons contrôle la phosphorylation des protéines du complexe pigment-protéine chloroplastique récoltant la lumière, LHC II. Ce contrôle explique le phénomène de « transitions état 1-état 2 » chez les plantes et les algues. Nos résultats qui ont d’abord suggéré cette hypothèse ont été corroborés dans de nombreux laboratoires et systèmes expérimentaux. La fonction de collecte de lumière des protéines de chlorophylle du chloroplaste est universellement régulée pour restaurer l’équilibre redox dans la chaîne de transport d’électrons photosynthétique. Un objectif majeur est une description structurelle à résolution atomique des effets de la phosphorylation du LHC II sur ses interactions avec le photosystème I et le photosystème II des chloroplastes.
À la fin de 1937, deux jeunes physiciens du Royal Society Mond Laboratory de Cambridge, au Royaume-Uni, ont découvert que l’hélium liquide pouvait s’écouler à travers de très petits capillaires avec une viscosité pratiquement nulle en dessous d’une température de 2,17 kelvin. Alors qu’ils préparaient une note pour publication, ils ont entendu parler d’un autre article, qui venait d’être soumis par PL Kapitza à Moscou, rapportant des résultats similaires. Les deux articles parurent côte à côte le 8 janvier 1938 dans Nature . Kapitza et les jeunes physiciens Jack Allen et AD Misener avaient découvert le mystérieux phénomène de superfluidité dans le 4 He liquide. Ce fut le début d’une période dorée en physique des basses températures. Allen, le dernier survivant de cette époque héroïque, est décédé d’un accident vasculaire cérébral le 22 avril 2001, à l’âge de 92 ans.
La plupart des plus grandes découvertes d’Allen ont été faites au début de sa carrière (en 1938, il était essentiellement post-doctorant, travaillant sans superviseur, ce qui lui convenait parfaitement). Entre 1937 et 1939, lui et ses associés à Cambridge produisirent un flot d’articles sur la superfluidité dans le 4 He liquide, cette production prenant fin brusquement avec le début de la Seconde Guerre mondiale. En 1946, alors que la vie normale reprenait, Allen organisa la première réunion internationale sur les basses températures à l’Université de Cambridge, au Royaume-Uni. C’est la naissance de l’événement triennal majeur de la communauté des physiciens à basse température ; la vingt-troisième réunion se tiendra à Hiroshima l’année prochaine.
En 1947, Allen a été nommé professeur de philosophie naturelle et directeur de la physique à l’Université de St Andrews en Écosse, et deux ans plus tard, il est devenu membre de la Royal Society. Mais bien qu’il soit resté actif dans le monde de la physique des basses températures, revitalisant la recherche à St Andrews et aidant à organiser de nombreuses conférences et ateliers, ses propres recherches n’ont plus jamais été centrales. Il a pris sa retraite de St Andrews en 1978.
Jack Allen est né à Winnipeg, au Canada, en 1908 (l’an 4Il a d’abord été liquéfié à Leiden, aux Pays-Bas). Il a obtenu son BA de l’Université du Manitoba, où son père dirigeait le département de physique. En 1929, il alla étudier à l’Université de Toronto où James F. McLennan avait bâti un solide département de physique. En 1923, ce n’était que le deuxième laboratoire au monde à liquéfier l’hélium, et quand Allen est arrivé, il s’est plongé dans le nouveau monde de la cryogénie. Il a obtenu son doctorat en 1933, après avoir déjà écrit dix articles sur la supraconductivité. À la fin de 1935, il se rendit à Cambridge pour travailler avec Kapitza, seulement pour découvrir que Kapitza était détenu à Moscou et était en train de créer ce qui allait devenir le célèbre Institut des problèmes physiques. En l’absence de Kapitza, Allen a effectivement repris le travail à basse température, bien qu’officiellement le directeur était JD
En 1935, Don Misener, étudiant diplômé à Toronto, avait réalisé la première étude expérimentale de la viscosité du 4 He liquide. À ce moment-là, on savait que l’hélium liquide subissait une sorte de transition de phase à 2,17 K, car il y avait des changements brusques dans diverses propriétés thermodynamiques. Les travaux de Misener ont suggéré que la viscosité diminuait considérablement lorsque le liquide traversait cette transition. Misener a rejoint Allen à Cambridge en 1937 pour faire son doctorat, et les deux ont entrepris d’étudier le phénomène en examinant le flux dans les capillaires minces.
Le travail expérimental de Misener en 1935 avait également attiré l’attention de Kapitza à Moscou. Les deux groupes ont rapporté leur découverte indépendante de l’écoulement superfluide en 1938, Kapitza étant le premier à inventer le terme «superfluide». Il est déroutant et regrettable que lorsque Kapitza a finalement reçu un prix Nobel de physique bien mérité en 1978, la citation concernant la superfluidité n’ait fait aucune référence aux travaux d’Allen et Misener.Allen a rapidement trouvé d’autres manifestations dramatiques de la superfluidité, qui impliquaient toutes le contre-courant des composants normaux et superfluides ou le «serrage» du composant normal avec une poudre fine. Mais après 1945, le groupe de Moscou sous Kapitza (aidé par LD Landau, qui a développé une théorie complète du comportement à deux fluides de l’hélium superfluide en 1941) a dominé les recherches ultérieures sur les liquides quantiques. L’étude du superfluide 4 He impliquait de plus en plus des théories microscopiques et de nouvelles sondes expérimentales telles que la diffusion des neutrons, dont aucune n’intéressait Allen.
![Le cycle du carbone est un système de recyclage très... - [1ère SVT - Enseignement Scientifique] - QCM n° 110](https://www.qcm-svt.fr/QCM/img-sujets/1464452063CC2.jpg)
Allen était le dernier d’une génération de physiciens classiques indépendants d’esprit qui se plaisaient à expliquer le monde visible. Il appréciait sa propre capacité, ainsi que celle des souffleurs de verre et des techniciens, à construire des appareils expérimentaux. Allen était aussi fier de son invention du joint torique sous vide que de toute autre chose qu’il a faite. Il ne faut pas s’étonner que son plus grand travail sur la superfluidité dans le liquide 4 Il impliquait des phénomènes qui pouvaient être vus. En effet, il est tout à fait approprié qu’Allen ait découvert le fameux « effet fontaine » en 1938 à l’aide d’une lampe de poche.
Sur une période de dix ans, Allen a réalisé un film sur les divers phénomènes à deux fluides présentés par le 4 He liquide. La photographie de ces effets était un véritable défi, car le liquide 4 He est essentiellement transparent. Ce film couleur unique (la cinquième édition a été achevée en 1982) est l’un des grands héritages d’Allen à la physique.
Allen avait une présence imposante et un sens de l’humour sec. Il s’identifiait fortement à la physique d’autrefois, et j’imagine qu’il aurait aimé parler avec des physiciens classiques tels que Lord Rayleigh, Michael Faraday et Daniel Bernoulli plus qu’avec Werner Heisenberg et Erwin Schrödinger. La superfluidité est une manifestation visible spectaculaire de la mécanique quantique, résultant de la condensation de Bose-Einstein dans laquelle un nombre macroscopique d’atomes de 4 He occupent le même état quantique à une seule particule. Il est paradoxal que le phénomène ait été observé pour la première fois par Allen : un grand physicien peu intéressé par les atomes.
En parcourant les vieilles rues en pierre de St Andrews, on remarque rapidement les élégantes plaques historiques en métal sur de nombreux bâtiments, commémorant des personnages célèbres qui ont été associés à cette ville historique et à son université au cours des siècles. Presque chaque plaque relie son sujet à la physique – ce qui n’est pas surprenant, car Jack Allen était la force motrice derrière le comité des signes. J’espère vraiment que la ville jugera bon d’honorer ainsi Allen lui-même.
Jack Allen (1908-2001) :John Frank (Jack) Allen était un physicien canadien qui a Co découvert la superfluidité de l’hélium liquide à une température proche du zéro absolu. Travaillant au laboratoire Mond de la Royal Society à Cambridge, il a découvert (dans les années 1930) avec Don Misener qu’en dessous de la température de 2,17 kelvins, l’hélium liquide pouvait s’écouler dans de très petits capillaires avec une viscosité pratiquement nulle. 
Indépendamment, P. L. Kapitza, à Moscou, a obtenu des résultats similaires à peu près au même moment. Leurs deux articles ont été publiés ensemble dans le numéro du 8 janvier 1938 de la revue Nature. La superfluidité est une manifestation visible résultant de la mécanique quantique de la condensation de Bose-Einstein. En 1945, la recherche à Moscou s’est penchée sur l’aspect microscopique, ce qu’Allen n’a pas poursuivi. »
https://www.ucl.ac.uk/biosciences/people/john-allen
http://www.mhs.mb.ca/docs/people/allen_jf.shtml