En 1976, Gerard 't Hooft a remarqué que le vide d'une théorie de jauge n'est pas aussi simple qu'il y paraît : il possède une structure topologique qui se manifeste par une susceptibilité topologique non nulle. Cette grandeur, mesure de la sensibilité du vide aux configurations topologiques des champs, exige la présence d'un état pseudoscalaire, une particule de spin nul et de parité négative. En chromodynamique quantique, ce rôle est joué par le méson η′, mais pour le secteur électrofaible du modèle standard, la question restait ouverte.

Des travaux récents ont postulé l'existence de ηW comme un nouvel état léger, mais sa nature physique n'avait pas été établie. Les auteurs du nouvel article abordent le problème sous un angle inattendu : ils utilisent la perspective d'un champ de jauge de forme trois, dans laquelle la susceptibilité topologique équivaut à la présence d'un degré de liberté pseudoscalaire massif. Ensuite, ils construisent l'opérateur de 't Hooft, une interaction à quatre fermions qui viole le nombre baryonique, et montrent qu'après le mécanisme de Higgs et le confinement de la QCD, cet opérateur correspond à un état lié QED d'un proton et d'un électron, c'est-à-dire un atome d'hydrogène.

Le résultat est saisissant : l'état pseudoscalaire ne nécessite pas de nouvelle physique. C'est une superposition CP-impaire des états fondamentaux de l'hydrogène et de l'antihydrogène : ηW = -i/√2 ($Ψ_H$ - $Ψ_{anti}$-H). Le partenaire CP-pair $φ_H$ est également défini. Dans le modèle standard renormalisable, le nombre baryonique moins le nombre leptonique est conservé, donc les transitions qui changent B+L de quatre unités sont interdites et les oscillations hydrogène–antihydrogène sont absentes. Cependant, dans les extensions avec violation de B+L, des opérateurs induisant de telles oscillations apparaissent. Alors ηW et $φ_H$ deviennent des états propres de l'énergie, et la physique atomique a un accès direct au secteur topologique.

Ce travail diffère radicalement des recherches voisines, qui soit introduisent de nouvelles particules, soit considèrent ηW comme un état mésonique électrofaible. Ici, pour la première fois, une réalisation infrarouge concrète est proposée sous la forme d'un système atomique. Le « fantôme » topologique, longtemps resté une abstraction mathématique, prend chair dans l'atome le plus ordinaire. Cela ouvre un nouveau canal pour tester les symétries fondamentales sans hautes énergies : la spectroscopie de précision de l'hydrogène pourrait devenir une fenêtre sur la physique au-delà du modèle standard.

Les perspectives de développement incluent le calcul précis de l'élément de matrice ⟨0|OW|$η_H$⟩ dans la théorie effective des champs, ce qui permettrait de relier quantitativement la masse du champ de forme trois aux paramètres atomiques. L'évaluation des amplitudes des oscillations hydrogène–antihydrogène dans des modèles spécifiques avec violation de B+L est également prometteuse, ainsi que la révision des contraintes existantes. Si de telles oscillations étaient détectées, elles indiqueraient des processus violant le nombre baryonique, nécessaires à la génération de l'excès de matière sur l'antimatière dans l'Univers. Ainsi, le modeste atome d'hydrogène pourrait devenir la clé de l'une des plus grandes énigmes de la cosmologie.