Trois jumeaux en pleine course échangent sans cesse leurs vêtements. C'est à peu près ce que font les neutrinos, ces particules presque insaisissables qui nous traversent par milliards chaque seconde. Ils naissent dans des réactions nucléaires, par exemple au cœur du Soleil, et existent sous trois variétés, ou « saveurs ». Mais voici l'étrangeté : en chemin depuis leur source, un neutrino peut changer de saveur, passer de neutrino électronique à neutrino muonique ou tauique. Ce tour de passe-passe s'explique par le fait que chaque saveur n'est pas une entité indépendante, mais un mélange de trois états de masse différents, comme un accord de trois notes. Ce mélange est une manifestation de l'intrication quantique, ce lien indissoluble entre les parties d'un système.
Les auteurs de la nouvelle étude ont voulu comprendre ce qui arrive à cette intrication interne lorsque les neutrinos interagissent avec leur environnement. Dans le monde quantique, toute influence extérieure, même la plus faible, agit comme un bruit qui érode progressivement les fragiles propriétés quantiques. Les scientifiques ont examiné trois types typiques de ce bruit, comparables à différents parasites dans un récepteur radio : l'un atténue le signal (comme un son qui faiblit), un autre inverse la phase de l'onde, un troisième la brouille. Ils ont suivi l'évolution de trois caractéristiques clés sous l'effet de ces perturbations : la direction quantique (la capacité d'une partie du système à influencer l'autre à distance), la négativité logarithmique (une mesure de l'intrication) et la cohérence quantique (la capacité du système à se trouver dans plusieurs états simultanément).
Les résultats ont révélé une hiérarchie claire de robustesse. La plus vulnérable s'est avérée être la direction quantique : elle disparaît la première au moindre bruit. La négativité logarithmique tient plus longtemps, et la cohérence quantique s'est révélée championne de survie, se maintenant même lorsque les autres ressources sont déjà épuisées. Fait intéressant, pour deux types de bruit — l'inversion de phase et le brouillage de phase — l'intrication et la cohérence se sont comportées exactement de la même manière, comme deux instruments jouant la même mélodie. Cela s'explique par le fait que ces deux types de perturbations agissent précisément sur la phase de l'onde, sans toucher à son énergie.
L'étude a également abordé la différence entre deux régimes d'interaction avec l'environnement : markovien (sans mémoire) et non-markovien (avec mémoire). Dans le premier cas, le bruit agit comme un flux constant qui détruit inexorablement les propriétés quantiques. Dans le second, il ressemble à un vent en rafales, tantôt plus fort, tantôt plus faible, permettant au système de récupérer parfois des corrélations perdues. C'est précisément dans ce régime que l'on a observé des retours temporaires de l'intrication et de la cohérence, tandis que la direction quantique restait supprimée dans les deux cas. Cela suggère que la « mémoire » de l'environnement peut partiellement protéger les formes plus faibles de liens quantiques, mais reste impuissante face à la perte de la plus forte d'entre elles. Il en ressort que même dans le monde des particules presque insaisissables, où les jumeaux-neutrinos échangent éternellement leurs rôles, le bruit ambiant étouffe peu à peu leur accord intérieur, ne laissant subsister que les notes les plus tenaces.
Les neutrinos interagissent si faiblement avec la matière qu'ils peuvent traverser une année-lumière de plomb sans heurter un seul atome. C'est pourquoi, pour les détecter, on construit d'immenses détecteurs remplis de milliers de tonnes d'eau ou de glace.
Dans le roman de Stanislas Lem « La Voix du Maître », les neutrinos sont utilisés pour les communications interstellaires, car ils sont à peine absorbés par le milieu interstellaire.