La musique repose sur la répétition : nous attendons que l'accent revienne, comme le refrain revient. Mais si l'on répète trop longtemps la même chose, l'ennui s'installe. Le compositeur semble marcher sur un fil tendu entre le familier et l'inattendu.

Les scientifiques ont traduit cet équilibre dans le langage de la physique. Ils ont représenté le rythme comme un système où chaque note est une particule qui « veut » ressembler à ses voisines (l'ordre) mais aussi « veut » s'en distinguer (la diversité). En physique, de telles forces antagonistes se décrivent par l'énergie libre – une grandeur qui indique la stabilité du système. Il s'avère que, sous certaines conditions, une transition de phase se produit dans le rythme : comme l'eau se transforme en glace, les battements désordonnés se figent soudainement en un motif net.

Le modèle a été testé sur la musique de Jean-Sébastien Bach. Ses motifs rythmiques se sont révélés très proches de ceux prédits par le modèle. Cela signifie que Bach trouvait intuitivement cet équilibre entre prévisibilité et surprise que les physiciens ont décrit par des formules.

Cette approche pourrait servir non seulement à analyser la musique ancienne, mais aussi à en créer de nouvelle. Un compositeur ou un programme pourra ajuster la « température » du rythme : plus d'ordre donne une marche, plus de chaos donne une improvisation libre. La musique, comme la matière, a ses états.