Si l'on secoue longtemps une boîte de sable, des motifs apparaissent à la surface, motifs qui n'existaient pas lorsque la boîte était immobile. De même, des physiciens ont pris un nuage d'atomes froids, les ont piégés dans un réseau de lumière et ont commencé à le secouer périodiquement. Cela a fait émerger un nouvel état des atomes, comme un nouveau motif sur le sable, qui n'apparaît jamais sans secousse. Ces états sont appelés phases topologiques.
Dans cette étude, deux « moteurs » de fréquences différentes ont été utilisés. Le premier faisait sauter les atomes entre les cellules voisines du réseau, tandis que le second contrôlait le signe de ces sauts, comme s'il changeait le sens de rotation d'un kaléidoscope. Les scientifiques ont ajusté la phase entre les moteurs de sorte que les deux « lacunes » du spectre d'énergie (les intervalles où les atomes n'ont pas le droit de se trouver) se tordent dans le même sens ou dans des sens opposés. Lorsque les torsions s'additionnaient, on obtenait une phase avec un grand nombre de tours ; lorsqu'elles se soustrayaient, les lacunes subsistaient, mais avec d'autres indices.
Pour observer le résultat, les atomes ont été brièvement « éclairés » par un laser et l'on a observé comment leur état interne changeait. Cela a permis de mesurer la torsion de chacune des deux lacunes séparément. Il s'est avéré que l'on peut régler précisément le nombre de fois où la bande d'énergie s'enroule autour de son axe, simplement en modifiant le décalage entre les deux fréquences.
C'est comme apprendre à diriger un orchestre où chaque musicien joue à son propre tempo, mais ensemble ils créent une harmonie. Désormais, les physiciens disposent d'un bouton de réglage pour créer et étudier des états quantiques exotiques qui n'existent pas du tout dans un système au repos.
Les atomes dans un tel réseau se comportent comme des électrons dans un cristal, mais le réseau peut être modifié en quelques millisecondes, simplement en tournant un bouton du laser.