Une goutte d'encre dans un verre d'eau se disperse rapidement, colorant tout le liquide. C'est pareil pour les électrons dans un métal : ils se déplacent librement, comme des molécules dans un gaz. Mais si une impureté magnétique — un atome avec son propre moment magnétique — se retrouve dans ce milieu, quelque chose d'étrange se produit. À très basse température, les électrons semblent se coller à l'impureté, formant un nuage autour d'elle. Ce nuage écran le moment magnétique et la résistance du métal augmente. Ce phénomène a été découvert il y a un demi-siècle et nommé effet Kondo.
Reproduire cette danse à l'état pur — sans le désordre du réseau cristallin — est le rêve de nombreux physiciens. La scène idéale est un gaz ultra-froid d'atomes de strontium. Ceux-ci possèdent deux états : l'état fondamental et un état « horloge » de longue durée (utilisé dans les horloges les plus précises). L'atome dans l'état horloge joue le rôle d'impureté magnétique, et les atomes dans l'état fondamental jouent celui des électrons. Leurs spins (équivalents quantiques des aiguilles magnétiques) échangent leur orientation lors des collisions — c'est l'analogue quantique de l'effet Kondo. Mais la température requise — inférieure à quelques millionièmes de degré au-dessus du zéro absolu — reste hors de portée.
Les auteurs de l'étude proposent une astuce : comprimer le gaz dans un tube très fin à l'aide d'un faisceau laser transversal, et pour l'état horloge, ajouter en plus un piège longitudinal — comme un petit ressort qui maintient doucement les atomes le long de l'axe du tube. Les deux pièges renforcent l'interaction entre les atomes grâce à un effet appelé résonance de confinement. Lorsque la taille du piège est choisie pour que l'énergie de l'état lié de deux atomes coïncide avec l'énergie de leur mouvement libre, l'interaction augmente brusquement — comme si deux musiciens jouaient une note à l'unisson et que le son s'amplifiait.
Les calculs montrent qu'en combinant la compression transversale et longitudinale, on peut élever la température de Kondo à des valeurs accessibles dans les expériences actuelles. C'est un peu comme si l'on pouvait faire bouillir de l'eau non pas à cent degrés, mais à température ambiante, simplement en changeant la forme du récipient. Cette approche transforme le gaz de strontium en un simulateur quantique réglable, où l'effet Kondo peut être activé et étudié sans perturbations, en décomposant sa nature pas à pas.
L'effet Kondo a été découvert en 1934, lorsqu'on a remarqué que la résistance de l'or avec des impuretés de fer, au lieu de diminuer lors du refroidissement, augmentait — contrairement à toutes les attentes.