Le laser frappe un atome de strontium, et deux électrons s'en échappent d'un coup. On pensait auparavant que lors d'une telle double ionisation, chaque électron agissait de son côté : l'un est éjecté en premier, l'autre plus tard, au hasard. La nouvelle expérience sur des atomes froids montre le contraire : les électrons quittent l'atome de manière coordonnée, comme un couple de danseurs se tenant par la main.
Les scientifiques ont utilisé la spectroscopie pour observer le processus. Ils ont irradié des atomes de strontium avec des impulsions laser et capturé les électrons éjectés avec des détecteurs qui enregistraient leur énergie et leur angle de sortie. Sur les images obtenues, des bandes nettes sont apparues — signe que, avant leur départ, les deux électrons se trouvaient dans un état excité particulier de l'atome, où leurs mouvements étaient étroitement liés.
Le point clé est la résonance. Le laser est réglé de sorte que son énergie corresponde exactement à l'énergie de transition vers cet état doublement excité. L'atome absorbe d'abord la lumière et passe dans un état lié, puis, sous l'effet de la même impulsion, les deux électrons se détachent et s'envolent. C'est ce qu'on appelle l'ionisation double non séquentielle, par opposition à l'ionisation séquentielle où les électrons sont éjectés l'un après l'autre.
La trace dans les données — les bandes sur la carte d'énergie — indique que la corrélation présente dans l'état excité n'est pas effacée lors de l'ionisation. Les électrons l'emportent avec eux, comme deux fragments d'un vase brisé qui s'emboîtent encore parfaitement. Ce comportement remet en cause l'ancienne conception selon laquelle un champ laser intense détruirait toutes les liaisons internes de l'atome.
Ce résultat est important non seulement pour la physique atomique. Des corrélations similaires entre deux particules existent dans les molécules, les solides et même les noyaux atomiques. Comprendre comment des particules liées se comportent sous un choc externe aide à décrire plus précisément les réactions chimiques et les propriétés des matériaux.
Le strontium est l'élément qui donne aux feux d'artifice leur couleur rouge vif. Dans cette expérience, ses atomes ont été refroidis presque au zéro absolu pour qu'ils soient immobiles et ne perturbent pas les observations.
L'idée que des particules conservent un lien après leur séparation évoque l'intrication quantique de la science-fiction, bien qu'ici le lien soit classique — une simple synchronisation du mouvement.