Une goutte d'encre tombe dans un verre d'eau et des cercles se propagent. L'eau semble simple, mais si on regarde à l'intérieur, chaque molécule ne se contente pas d'avancer : elle tourne aussi sur elle-même, comme une toupie minuscule. Cette rotation propre des particules, les physiciens l'appellent le spin. On ne le remarque généralement pas : dans l'eau calme, les toupies tournent dans tous les sens et leur rotation n'affecte pas le mouvement du fluide dans son ensemble.
Mais dans le plasma surchauffé qui se forme lors de collisions de noyaux dans les accélérateurs, les spins des particules s'alignent dans une même direction. Le fluide se met alors à se comporter de manière inhabituelle : les ondes s'y propagent différemment le long et en travers de la rotation globale. Les auteurs de la nouvelle étude ont vérifié comment le spin modifie les lois de propagation des ondes. Ils ont découvert que dans une direction, des types d'oscillations particuliers apparaissent, absents dans les autres. Et pour des ondes très courtes, la théorie présentait une faille : la vitesse de l'onde dépassait celle de la lumière, ce qui est interdit.
Pour corriger le tir, les scientifiques ont utilisé un modèle plus rigoureux qui interdit d'emblée les signaux supraluminiques. Il s'est avéré qu'en présence de spin, les conditions de stabilité et de causalité (où la conséquence ne précède pas la cause) ne sont pas toujours satisfaites. Tout dépend de l'intensité de la rotation des particules. Si la densité de spin est élevée, la description n'est valable que dans un domaine restreint.
Ce travail est un pas vers la compréhension du comportement de la matière dans les endroits les plus chauds de l'Univers : juste après le Big Bang ou à l'intérieur des étoiles à neutrons. Là-bas, la matière est en rotation extrême, et on ne peut pas se passer du spin.
Le spin d'une particule se mesure en unités de la constante de Planck, et pour l'électron, il vaut toujours 1/2. Cela signifie qu'il faut « tourner » l'électron deux fois pour qu'il revienne à son état initial — comme si une pièce de monnaie ne tombait sur pile qu'après deux tours complets dans la main.