La piste de danse est pleine : chacun se déplace à sa guise, personne ne se tient par la main. Soudain, la musique devient plus forte et plus rythmée — les voisins commencent à s'attraper, formant des couples qui tournoient en synchronie. C'est à peu près ce qui s'est passé dans le laboratoire où un nuage d'atomes de lithium, refroidis à presque zéro absolu, a été contraint d'augmenter brusquement son attraction mutuelle.
Les atomes de ce gaz se comportaient comme les électrons de certains matériaux capables de devenir supraconducteurs. Avant l'impulsion, ils étaient libres et chaotiques — les scientifiques appellent cet état liquide de Fermi (un liquide ordinaire de particules obéissant à la statistique de Fermi). Après l'augmentation brutale de la liaison entre eux, des paires sont apparues, mais pas comme dans un vrai supraconducteur : elles ne s'étaient pas encore fondues en un ensemble quantique unique, mais ressemblaient plutôt à des danseurs qui viennent de se prendre par la main et cherchent un rythme commun. C'est ce qu'on appelle la phase pseudogap — un état avec des paires prêtes, mais sans superfluidité.
Pour observer ces paires, les chercheurs ont utilisé une astuce : ils ont fait en sorte que les paires s'unissent en amas plus denses — des doublons (deux atomes au même endroit). Ces doublons, comme des marqueurs, ont montré où se trouvaient les centres de masse des paires initiales. Des détecteurs capables de distinguer des atomes individuels ont enregistré l'apparition dans le gaz d'ondes de densité de charge — une alternance de régions à concentration de particules plus élevée et plus faible. Auparavant, ces ondes étaient à peine visibles, mais après l'impulsion, leur visibilité a fortement augmenté, en particulier dans la région où l'attraction était forte et les paires non locales, c'est-à-dire que les atomes ne se trouvaient pas au même point, mais à distance l'un de l'autre.
Cette méthode ouvre la voie à l'observation de formes plus exotiques d'ordre par paires, par exemple dans des systèmes où les spins des atomes ne sont pas équilibrés (un type d'atomes prédomine sur l'autre). Dans de telles conditions, des types inhabituels de superfluidité peuvent apparaître, difficiles à obtenir dans les solides. De plus, une approche similaire peut être appliquée à un autre modèle — le modèle de Hubbard répulsif (où les particules ne s'attirent pas mais se repoussent) — pour observer des structures en bandes rappelant les ondes de densité de charge dans les supraconducteurs à haute température.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2605.14909
We observe an enhanced visibility of charge-density-wave correlations in a cold-atom realization of the attractive Hubbard model following a rapid boost of the interaction strength. The interaction boost associates nonlocal pairs into doublons which mark the center of mass of the original pairs. The enhancement is largest in the strongly correlated regime where pairing is nonlocal. We distinguish the unpaired Fermi liquid from the pseudogap phase of preformed pairs by analyzing atom-resolved spin-charge correlations after the ramp. The technique we establish here may facilitate the observation of exotic forms of pair order in spin-imbalanced systems, and of stripe order in the dual case of the doped repulsive Hubbard model.
La température dans l'expérience était d'environ 100 nanokelvins — c'est un milliard de fois plus froid que la température ambiante, à peine un cent-millième de degré au-dessus du zéro absolu.
Dans le roman « Blindsight » de Peter Watts, des extraterrestres utilisent des effets quantiques pour traiter l'information — de telles manipulations d'atomes froids pourraient servir de base à la modélisation de leur conscience.