Les sept visages du désordre express
En 1958, Philip Warren Anderson a montré qu'un fort désordre peut arrêter une onde. Depuis, les physiciens ont découvert qu'entre l'arrêt complet et la libre course, il existe des régimes intermédiaires. Une particule peut non seulement rester immobile ou voler, mais aussi vibrer sur place, pulser ou combiner plusieurs types de mouvement à la fois. La théorie prédisait exactement sept phases de ce type, mais il n'avait jamais été possible de les voir toutes dans une seule expérience.
Un groupe international a créé pour la lumière un milieu particulier : un cristal photonique avec des liaisons variant périodiquement. La lumière s'y comporte comme un électron dans un métal désordonné, mais avec une différence importante : le degré de désordre peut être finement ajusté. En variant les distances entre les guides d'ondes, les auteurs ont obtenu tout le spectre des états, depuis la dispersion balistique jusqu'à la localisation éternelle.
Les expérimentateurs n'ont pas seulement observé les phases, ils ont aussi suivi les transitions entre elles. Il s'est avéré que les frontières sont mobiles : en modifiant un seul paramètre, on peut faire passer le système d'un état complètement conducteur à un état complètement isolant, en passant par toutes les étapes intermédiaires. Cela ressemble à un paysage de vallées et de cols, où chaque point correspond à un type d'ordre.
Un tel cristal « sept phases » n'est pas seulement une belle démonstration. Il offre un terrain d'essai universel pour vérifier des idées qui n'existaient jusqu'ici que sur le papier : de la multifractalité au contrôle du transfert cohérent. À l'avenir, de telles structures pourraient aider à créer des capteurs ultrasensibles et des ordinateurs optiques où l'on pourrait, à volonté, retenir ou libérer un signal.
Le terme « localisation d'Anderson » est apparu lorsque Philip Anderson a tenté d'expliquer pourquoi, dans les métaux sales, les électrons se coincent parfois, alors que selon toutes les lois, ils devraient se déplacer. Son article de 1958 commençait par la phrase : « Nous supposons qu'avec un degré de désordre suffisant, la diffusion cesse. » Aujourd'hui, ce phénomène est observé non seulement pour les électrons, mais aussi pour le son, la lumière et même les atomes ultrafroids.
Dans le roman de Greg Egan « La Cité des permutants », une civilisation a appris à modifier le degré de désordre quantique dans l'espace, transformant certaines régions en murs infranchissables et d'autres en conducteurs parfaits. Les sept phases de la nouvelle étude sont presque une instruction prête à l'emploi pour un tel monde.