Il y a quelques années, des physiciens présentaient une nouvelle structure de la matière aux propriétés étonnantes : les cristaux temporels. Dans ces cristaux, les structures atomiques forment des schémas d’agencement qui se répètent à la fois dans l’espace et le temps. Cependant, pour induire une telle structure, un apport d’énergie initial à l’état fondamental est nécessaire. Mais, dans un récent article, une équipe de physiciens a montré, au moyen d’un modèle de la théorie des cordes, qu’il serait possible d’obtenir de tels cristaux sans cet apport d’énergie. Une théorie séduisante, mais dont la réalisation expérimentale semble peu probable.
La méthode consiste à inciter les particules intriquées à influer sur le spin des autres sur une certaine distance. Les cristaux temporels peuvent sembler un concept de science-fiction, mais ils sont un phénomène réel, théorisé pour la première fois en 2012. De l’extérieur, ils ressemblent à des cristaux normaux. Mais à l’intérieur, les atomes — agencés dans une structure de réseau à répétition par ailleurs normale — se comportent de manière tout à fait particulière.
Ils oscillent, tournant dans un sens puis dans l’autre. Ces oscillations, appelées « tics », sont bloquées sur une fréquence très régulière et particulière. Ainsi, là où la structure de cristaux ordinaires se répète dans l’espace, dans les cristaux temporels, elle se répète dans l’espace et dans le temps.
Intrication quantique : elle rendrait l’apport d’énergie inutile dans les cristaux temporels
Jusqu’à présent, les cristaux temporels produits expérimentalement ont nécessité un stimulus externe (telle qu’une impulsion de rayonnement électromagnétique) à l’état fondamental, ou à l’état de plus basse énergie, pour induire leur tic-tac. Cela a été réalisé en 2016. Selon un article de 2015, il semblait qu’un cristal temporel sans apport d’énergie à son état fondamental était simplement physiquement impossible. En physique, on parle de « théorème no-go ».
Il existe toutefois une exception notable à ce théorème en ce qui concerne les cristaux temporels. C’est ce que Valerii Kozin de l’Université d’Islande à Reykjavík et Oleksandr Kyriienko de l’Université d’Exeter au Royaume-Uni, ont utilisé pour aborder le problème dans leur article publié dans la revue Physical Review Letters.
L’article de 2015 suppose que les interactions entre les particules diminuent avec la distance. Mais il y a une exception pratique. Les particules intriquées ont une relation qui ne s’affaiblit pas avec la distance.
Mesurer le spin d’une particule déterminera immédiatement le spin de son partenaire intriqué, peu importe sa distance. Selon les physiciens, dans les cristaux temporels, une telle interaction à distance pourrait théoriquement produire un état fondamental des cristaux temporels ne nécessitant aucune injection d’énergie.
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Une solution très théorique apportée par la théorie des cordes
Dans leur nouvel article, les chercheurs proposent un système de particules dans le cristal temporel, chacune ayant une rotation. Ils démontrent qu’il existe un moyen de décrire les spins de particules intriquées à l’aide d’un modèle de la théorie des cordes qui correspond à la définition d’un cristal temporel donnée par l’article de 2015.
Même si les particules tournaient de manière désynchronisée, les interactions entre les particules produiraient le tic-tac d’un cristal temporel, selon les auteurs. Or, ce système serait incroyablement compliqué, chaque particule pouvant avoir une superposition de spin. En fait, le tout pourrait ne pas être réalisable dans un laboratoire. Intriquer les particules de cette manière est une idée qui fonctionne bien sur le papier, mais qui est difficilement réalisable dans la pratique. Nous attendons donc avec impatience les éventuelles expérimentations qui en découleront.