Chaos sans désordre : pourquoi l'entropie ne grimpe pas express
Des centaines de cuisiniers dans une cuisine, c'est le chaos total. En général, le désordre augmente. En physique quantique, cette mesure du désordre porte le nom d'entropie, introduite par John von Neumann. Pour un système de nombreuses particules, l'entropie augmente habituellement avec leur nombre. Mais des scientifiques ont trouvé une exception.
Le secret réside dans une règle stricte : deux cuisiniers ne peuvent pas passer en même temps dans le même couloir. Ce genre de blocage est connu avec les atomes de Rydberg : des particules voisines ne peuvent pas occuper le même état. De ce fait, l'entropie ne dépasse pas ln 2 (environ 0,7), comme si une immense cuisine se comportait comme un réduit minuscule.
Ce résultat change notre regard sur le chaos quantique. Ce qui importe, ce n'est pas seulement l'énergie, mais aussi la géométrie de l'espace où vivent les particules. Les auteurs proposent de construire des systèmes avec une limite d'entropie prédéfinie, ouvrant la voie à de nouveaux dispositifs quantiques.
Les atomes de Rydberg, qui ont inspiré ces travaux, sont des atomes géants, gonflés jusqu'à la taille d'une bactérie. Leurs électrons sont si éloignés du noyau que les atomes peuvent « se sentir » à de très grandes distances.
L'idée que des systèmes complexes puissent receler des contraintes rigides évoque le roman « Le Problème à trois corps » de Liu Cixin, où un chaos apparemment imprévisible obéit à des lois cachées.