Une pierre tombe dans un étang – et des cercles se propagent à la surface. Les ondes longues et les ondes courtes se déplacent à la même vitesse : c'est ainsi que se comporte le son ordinaire dans presque tous les milieux. Mais dans les liquides quantiques, tout peut être différent.
Les physiciens ont examiné un superfluide où les particules se déplacent le long d'une bande d'énergie « plate ». C'est comme une autoroute sans montées ni descentes : la vitesse ne change pas, l'énergie reste constante. Dans un tel milieu, les oscillations collectives – les ondulations de densité et d'appariement – fusionnent en une seule onde inhabituelle. Sa fréquence ne croît pas proportionnellement à la longueur d'onde, mais de manière quadratique. Les ondes longues deviennent très lentes, presque figées. Cette découverte relie la géométrie quantique – la « courbure » interne des états – au mouvement macroscopique.
Le coefficient du terme quadratique dépend de la « métrique quantique ». Cet objet mathématique décrit à quel point les états de la bande plate se « ressentent » mutuellement à distance. C'est comme un ressort : sa raideur détermine la fréquence d'oscillation de la masse. Les calculs ont été confirmés par simulation numérique. Le résultat s'applique à tout système superfluide à onde s avec une bande plate isolée – des atomes ultrafroids aux matériaux exotiques en couches.
Une pierre jetée dans un tel étang produirait non pas des cercles, mais une tache qui s'étale lentement. Comme si l'eau devenait plus visqueuse uniquement pour les ondes longues.
Les bandes d'énergie plates se rencontrent dans le graphène bicouche tordu – un matériau qui devient supraconducteur lorsque les couches sont tournées d'un « angle magique ».
Dans le roman « Blindness » de Peter Watts, la vie extraterrestre utilise des effets quantiques pour traiter l'information – de telles modes collectives exotiques pourraient y servir de porteurs de signaux.