Une corde tendue entre deux quarks ne se rompt pas instantanément, comme un élastique. Elle vibre d'abord, des nœuds apparaissent, et ce n'est qu'ensuite qu'elle se brise, si elle se brise. Ce n'est pas qu'une image, c'est une description précise du processus que les physiciens appellent confinement : les quarks sont enfermés à jamais dans les hadrons, et on ne peut les séparer qu'en brisant la corde de force qui les relie. Mais jusqu'à présent, personne ne savait comment cette corde se comporte dans une théorie non abélienne, celle où les charges colorées interagissent de manière vraiment complexe.

Les auteurs de la nouvelle étude ont construit un modèle sur réseau de la théorie de jauge SU(2) en 2+1 dimensions et ont suivi son évolution temporelle à l'aide de réseaux de tenseurs, une manière compacte de stocker l'état quantique. Au lieu de résoudre un problème de dimension infinie, ils ont restreint les champs de jauge aux états de spin les plus bas (j = 0, 1/2, 1). Cette astuce est justifiée dans le régime de couplage fort, où l'énergie de la corde est proportionnelle au carré du spin et au nombre de maillons actifs. L'état initial est une corde entre deux charges statiques. Ce qui se passe ensuite dépend de la masse du quark. À la résonance, lorsque l'énergie nécessaire pour retirer un maillon est égale à l'énergie de création d'une paire particule-trou (m = 3/8 gE), la corde se brise : l'opérateur de Casimir moyen chute, des mésons et des paires baryon-antibaryon apparaissent, et l'entropie d'intrication croît rapidement. Hors résonance, la corde oscille sans créer de particules, mais grâce au terme magnétique, des boucles de gluons et des auto-intersections de la corde apparaissent.

L'effet le plus surprenant est le blocage baryonique. Lorsqu'on ajoute des baryons au système, la corde se brise plus lentement, car elle a moins d'options de désintégration. Et pour des représentations plus élevées du groupe de jauge, la corde ne se brise pas du tout, mais réduit sa tension, passant de l'état j=1 à j=1/2. C'est comme une corde surchargée qui ne casse pas mais s'affaisse, perdant de l'énergie. Auparavant, de tels phénomènes étaient impossibles à observer dans les modèles abéliens, où les cordes se comportent plus simplement. Ici, pour la première fois, on a pu montrer que la nature non abélienne du groupe de jauge modifie la dynamique même de la rupture.

Ces résultats ne sont pas qu'une jolie image. Ils fournissent des repères concrets pour les simulateurs quantiques qui tentent déjà de reproduire le comportement des théories de jauge sur des dispositifs réels. À l'avenir, on pourra augmenter la taille du réseau, prolonger le temps d'évolution, ajouter une densité finie de baryons. Alors, peut-être, on pourra voir comment le confinement se comporte dans des conditions encore plus réalistes. En attendant, la corde tendue entre les quarks continue de vibrer, et nous savons maintenant à quelles fréquences elle se brise.