Jetez une poignée de petits pois dans une casserole de semoule : les pois couleront rapidement, en écartant les grains. Mais si la semoule est très épaisse et collante, les pois resteront coincés. C'est à peu près ce qu'ont fait des atomes légers de lithium dans un nuage d'atomes lourds de potassium, à une température de quelques millionièmes de degré au-dessus du zéro absolu.
D'habitude, une particule dans un gaz se déplace comme un piéton ivre : un pas à gauche, un pas à droite, et en moyenne elle s'éloigne de plus en plus du point de départ. C'est ce qu'on appelle la diffusion. Mais dans cette expérience, les atomes légers se comportaient différemment : à mesure que la température baissait, leur éloignement du point de départ ralentissait plus que prévu. Certains atomes ont même cessé de bouger, alors qu'ils entraient en collision avec leurs voisins lourds des centaines de fois.
L'explication vient de la mécanique quantique : les ondes qui décrivent les atomes se superposent et annulent le mouvement à certains endroits, tout en l'amplifiant à d'autres. Les atomes lourds de potassium jouent le rôle de diffuseurs presque immobiles, créant pour les atomes légers un labyrinthe enchevêtré sans murs. Ce comportement ne rentre pas dans le modèle habituel d'un liquide composé de particules indépendantes, mais il est bien décrit par l'image d'une marche aléatoire dans un désordre figé.
Cette expérience est un véritable terrain d'essai pour étudier comment les interférences quantiques arrêtent le mouvement. De tels effets sont importants pour comprendre la conductivité dans les matériaux désordonnés et, peut-être, pour les futurs dispositifs quantiques où il faut contrôler les flux de particules.
Les atomes de lithium et de potassium dans cette expérience sont un milliard de fois plus froids que la température ambiante — à ce froid, leurs propriétés ondulatoires deviennent prépondérantes, et ils se comportent non pas comme des billes, mais comme des nuages flous.
Le fait que des particules se figent dans un désordre aléatoire rappelle l'intrigue de la « Zone de silence mortel » de la science-fiction, où les héros restent coincés dans une région anormale, perdant toute capacité de se déplacer.