SCIENCES Quand l’union naît de la répulsion

Dans le monde des atomes, l’union peut naître des plus violentes répulsions : une équipe de scientifiques autrichiens a montré qu’à de très basses températures, des atomes pouvaient « choisir » de rester ensemble, alors qu’ils se repoussent mutuellement à l’état naturel. Cette découverte, publiée aujourd’hui par le magazine scientifique Nature, illustre une nouvelle fois les règles désarçonnantes régissant le monde de la physique quantique, qui vont souvent à contre-pied du sens commun. « La nature aime économiser l’énergie », relèvent les physiciens Leonardo Fallani et Massimo Inguscio, dans un commentaire publié dans le même numéro de l’hebdomadaire. « Quand des particules indépendantes peuvent s’organiser librement, elles choisissent une configuration qui minimise leur énergie totale. C’est pourquoi une molécule peut être formée de deux atomes ou plus : cette configuration est stable parce que l’énergie totale des atomes est moindre quand ils sont proches les uns des autres que lorsqu’ils sont loin. » C’est au nom de ce principe que des atomes peuvent se retrouver appariés alors même qu’ils sont enclins à se repousser mutuellement, soulignent-ils. « Le couple formé par deux particules antagonistes peut être stable parce que si celui-ci était rompu, la conservation de l’énergie exigerait des deux atomes isolés de posséder une énergie d’un niveau qui leur est interdit. » La théorie spéculait sur l’existence de tels mariages contre nature. Une équipe de l’Université d’Innsbrück (Autriche) a pu valider sa pertinence en piégeant des atomes de rubidium ultrafroids dans une succession de minuscules pièges optiques formés par l’intersection de plusieurs rayons laser. Dans certaines des cavités de cette « boîte à œufs » optique ont été déposés deux atomes de rubidium, normalement antagonistes. D’autres cavités ont été laissées vacantes. En jouant sur le champ magnétique où les atomes sont plongés, les scientifiques ont pu contrôler leurs interactions. Lorsque la force répulsive des atomes est annihilée, les mariages perdent leur stabilité et chaque atome se met à bondir de cavité en cavité comme un dératé. Lorsque cette force répulsive est maintenue, les mariages durent beaucoup, beaucoup plus longtemps : plusieurs centaines de millisecondes. La preuve est ainsi faite que la stabilité de ces couples d’atomes est la conséquence directe de la répulsion mutuelle de leurs composants, soulignent les auteurs.