Une poignée de particules lumineuses se comporte déjà comme un système de millions de photons.
Au fond, il n'y a pas de différence entre une goutte d'eau et le contenu d'une piscine : une goutte contient des milliards de molécules d'eau. Ainsi, la goutte et l'eau pure de la piscine gèlent à zéro degré et bouillent à cent degrés.
Mais où se situe la limite entre « beaucoup » et « peu » de particules ? Au-delà de laquelle un système se comporte comme un ensemble à plusieurs corps (comme l'eau), et en deçà de laquelle les états agrégés tels que le gel ou l'évaporation ne se produisent plus ?
« La découverte est importante pour les physiciens quantiques, car les petits systèmes sont beaucoup plus faciles à étudier que les grands systèmes. »
Une équipe de physiciens britanniques et allemands a repoussé cette limite bien plus bas que prévu. Dans leur laboratoire, ils ont créé des systèmes de taille moyenne comptant sept photons. Malgré ce faible nombre de particules légères, ils ont observé des transitions de phase – des changements quantiques d'états d'agrégation – dans la majorité des cas. Cette percée est cruciale, car les petits systèmes sont bien plus simples à analyser que les grands.
Les chercheurs ont démontré que ces photons formaient un condensat de Bose-Einstein, un état agrégé non classique survenant seulement à proximité du zéro absolu. Dans cet état, les particules perdent leur individualité, formant un « super-atome ».
Sept photons représentent une limite inférieure : avec moins, le condensat disparaît et le système redevient une collection de particules lumineuses distinctes.
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