Dans certains matériaux, le courant électrique circule sans la moindre résistance. Ce sont les supraconducteurs, et ils ne fonctionnent que par grand froid. Les oxydes de cuivre sont un cas particulier : ils conservent la supraconductivité à des températures plus élevées, mais pourquoi ? C'est une énigme depuis quarante ans.
Les physiciens ont étudié un échantillon de La$_{2-x}$Sr$_x$CuO$_4$ à l'aide d'un faisceau de rayons X qui se diffuse sur les électrons et révèle leurs mouvements collectifs. Il s'avère que pour différentes compositions et températures, toutes les données se placent sur une courbe universelle unique. C'est comme si des dizaines de routes différentes en ville se rejoignaient soudain sur une seule avenue — cela signifie qu'il existe dans le système un point caché où tout converge. On l'appelle le point critique quantique.
Le point trouvé est caché sous le « dôme » de supraconductivité — la région du graphique où le matériau devient supraconducteur. Tant que le dôme n'est pas retiré, le point reste invisible. Mais le faisceau de rayons X a permis de regarder en dessous. L'exposant critique s'est avéré égal à 0.74 — ce nombre décrit la vitesse à laquelle les fluctuations s'atténuent lorsqu'on s'éloigne du point. Il suggère qu'au point critique, non seulement les ondes de charge sont impliquées, mais aussi d'autres types d'ordre, comme si plusieurs rues se rencontraient à un carrefour.
Comprendre ce point pourrait indiquer comment créer des supraconducteurs fonctionnant à température ambiante. Alors, les lignes de transport d'électricité ne perdraient plus d'énergie, et les trains à lévitation magnétique deviendraient monnaie courante.
Le point critique quantique dans les oxydes de cuivre se cache sous la région de supraconductivité, c'est pourquoi on ne l'a pas détecté si longtemps — il a fallu un faisceau de rayons X à très haute résolution.
Dans le roman « Le Problème à trois corps » de Liu Cixin, les extraterrestres déplient un proton en une structure multidimensionnelle pour manipuler la physique au niveau quantique — notre travail explore aussi les états quantiques cachés de la matière.