Et si la réalité dépassait la science-fiction ? Un nouvel état de la matière, encore sans nom officiel mais déjà plein de promesses et de mystères, vient d’être découvert. Au menu : des quadruplets d’électrons, des lois de la physique chamboulées et une plongée fascinante dans la supraconductivité et au-delà. Prêt(e) à inverser le temps – ou du moins à remettre en question nos certitudes ?
Quand la matière se réinvente : du solide à l’inconcevable
Solide, liquide, gaz, plasma : on pensait la carte des états de la matière complète… il n’en est rien. Depuis longtemps viennent s’y greffer, façon chapelet quantique, des états exotiques comme le cristal liquide, le supraconducteur ou le condensat de Bose-Einstein. Et voici qu’un nouvel arrivant – anonyme, mais décoiffant – débarque et nous fait réviser notre logique.
Ce nouvel état quantique s’est manifesté lors d’expériences sur un composé à base de fer judicieusement nommé Ba1-xKxFe2As2 (vous pouvez l’appeler Ba-122, votre bouche vous dira merci). Mais ce n’est pas tout : ce matériau, habituellement connu pour son comportement supraconducteur à très basse température, a révélé une facette aussi inattendue que fascinante. Sous certaines conditions, Ba-122 cesse purement et simplement de se comporter comme un supraconducteur. Et c’est là que les ennuis – ou les joies, selon votre point de vue – commencent !
Quadruplets d’électrons : la supraconductivité s’efface… place à l’inédit
Petit rappel : dans l’état supraconducteur « classique », les électrons s’organisent en paires, appelées paires de Cooper, permettant le passage d’un courant électrique sans résistance. Mais ici, les chercheurs ont observé que la danse changeait de tempo. On passe d’une organisation par paires de fermions – ces fameuses particules de base comme les électrons, protons ou quarks – à un regroupement en quadruplets de fermions. Ce passage ne va pas sans conséquence : le matériau acquiert un champ magnétique qui réintroduit une résistance au courant électrique.
- Nouvelles propriétés magnétiques
- Transition de phase inédite
- Remise en cause des modèles établis
Et, cerise sur le gâteau (voire explosion de la pâtisserie), ce nouvel état viole la « symétrie d’inversion du temps » (symétrie T). Autrement dit, si l’on inversait la flèche du temps dans les équations physiques du matériau, cet état disparaîtrait tout bonnement. Imaginez donc que votre verre d’eau redevienne glaçon s’il voyait le temps rembobiner… Hallucinant, non ?
Quinze années de quête et la théorie BCS en sursis
Pour Egor Babaev, l’un des principaux protagonistes de cette aventure, cet aboutissement a tout d’une consécration. Voilà près de vingt ans qu’il s’intéresse à la possibilité de condensations en quadruplets d’électrons dans les supraconducteurs. Dès 2004, il pose l’hypothèse que cela pourrait exister dans certains matériaux. En 2012, il juge que le phénomène est à portée de labo : la chasse commence. 2018 marque la première observation ; trois ans d’analyse acharnée dans plusieurs laboratoires renforcent la robustesse du résultat. Il vaut mieux, puisque ce nouvel état vient secouer un monument de la physique : la théorie BCS.
Pour les non-initiés, la théorie BCS, du nom de ses trois créateurs (John Bardeen, Leon Nail Cooper et John Robert Schrieffer – dont le trio décrocha le Nobel de physique en 1972), explique la supraconductivité par la formation de paires d’électrons malgré leur aversion naturelle à se côtoyer. Aujourd’hui encore, on la considère comme la référence pour interpréter la supraconductivité. Sauf que voilà : l’observation d’une organisation par quadruplets d’électrons dans Ba-122 n’y trouve pas sa place. C’est comme découvrir une cinquième roue au carrosse alors que le manuel du constructeur n’en prévoyait que quatre…
Symétrie T : quand l’irréversible s’invite sur scène
Mais pourquoi donc ces quadruplets surgissent-ils justement ? Les auteurs de l’étude pointent la rupture d’une loi « sacrée » de la physique des particules : la symétrie T. En bref, un système obéit à la symétrie T s’il se comporte rigoureusement de la même manière qu’on remplace le temps par son opposé (le fameux « temps négatif »). Cela s’applique bel et bien à la supraconductivité décrite par BCS. Mais pas à cette nouvelle organisation, qui défie joyeusement cette règle.
Cette découverte ouvre un champ d’exploration scientifique particulièrement excitant. Comme le confie Egor Babaev, « Il faudra encore de nombreuses années pour vraiment comprendre ce nouvel état de la matière ». Un appel à la patience et à la curiosité – deux vertus qui, à défaut d’inverser le temps, feront sans doute progresser la compréhension de ces phénomènes stupéfiants.
Conclusion : La frontière entre science et science-fiction n’a jamais semblé aussi ténue. Quadruplets d’électrons, symétries brisées, lois bousculées… il nous reste à imaginer – et à attendre – ce que la physique nous dévoilera à l’avenir. Patience : la matière n’a pas livré tous ses états !
