Les physiciens ont réalisé une avancée significative dans la compréhension des liquides quantiques, un état de matière unique où les particules magnétiques maintiennent un état constamment fluctuant même à zéro absolu. Ce comportement intrigant, régi par des règles quantiques complexes, a été théorisé pendant des années, mais prouver son existence s'est avéré difficile.
Le 12 décembre 2024, une équipe internationale de chercheurs de Suisse, de France, du Canada et des États-Unis a publié des résultats dans Nature Physics, présentant des preuves d'un liquide quantique dans le matériau connu sous le nom de stannate de cérium pyrochlore. En utilisant des techniques expérimentales avancées telles que la diffusion de neutrons à des températures ultra-basses, les chercheurs ont mesuré les interactions des neutrons avec les spins électroniques, révélant des excitations collectives similaires à des ondes lumineuses.
Romain Sibille, leader de l'équipe expérimentale à l'Institut Paul Scherrer en Suisse, a déclaré : « L'expérience de diffusion de neutrons a été réalisée sur un spectromètre hautement spécialisé, nous permettant d'obtenir des données de très haute résolution. » L'étude représente une culmination d'efforts pour identifier des signatures définitives des liquides quantiques.
Le phénomène de frustration magnétique dans certaines structures cristallines perturbe l'alignement des spins électroniques, conduisant à des comportements quantiques extraordinaires. Dans cet état, les spins ne se stabilisent pas en ordres conventionnels mais forment plutôt des corrélations fluides, résultant en des excitations connues sous le nom de spinons, qui se comportent comme des particules fractionnaires.
Andriy Nevidomskyy, professeur associé à l'Université Rice, a expliqué que les interactions entre ces spinons ressemblent à celles des particules chargées électriquement, l'échange de quanta lumineux facilitant leurs interactions. Cette connexion avec l'électrodynamique quantique (QED) suggère que l'étude des liquides quantiques pourrait ouvrir la voie à des avancées dans les technologies quantiques, y compris l'informatique quantique.
Les résultats ouvrent également des voies pour explorer des particules doubles, connues sous le nom de visons, qui portent une charge électrique, reliant potentiellement aux monopoles magnétiques longtemps théorisés. Nevidomskyy a exprimé son enthousiasme pour les recherches futures, déclarant : « Après cette découverte, il est d'autant plus excitant de rechercher des preuves de particules de type monopole dans un univers de jouet formé à partir de spins électroniques dans un morceau de matériau. »
Cette recherche, soutenue par diverses fondations scientifiques nationales, améliore non seulement la compréhension de la mécanique quantique mais offre également des promesses pour des applications pratiques dans les technologies quantiques de nouvelle génération.