Deux nuages d'atomes ultra-froids, presque figés à une température de quelques nanokelvins, se mélangent dans un piège. L'un est composé d'atomes légers, l'autre d'atomes lourds. Ils se repoussent différemment. Les physiciens savent depuis longtemps décrire de tels mélanges avec des équations simples, mais celles-ci ne fonctionnent que si les atomes sont parfaitement identiques. Dès qu'une différence de masse ou de force d'interaction apparaît, les formules simples se mettent à mentir.
Dans ce nouveau travail, les chercheurs ont utilisé une méthode qui ne repose pas sur des moyennes, mais qui suit honnêtement les fluctuations quantiques à toutes les échelles. Cette approche s'appelle le groupe de renormalisation fonctionnel : une façon de calculer où les effets des différentes échelles sont pris en compte pas à pas. Il s'avère que l'inégalité entre les composants agit comme une pompe : elle transfère les fluctuations d'une espèce d'atomes à l'autre. Un composant devient plus « habillé » d'un nuage de particules virtuelles, tandis que l'autre reste presque nu. En chiffres, cela se traduit par le fait que leurs résidus quasiparticulaires — les quantités qui indiquent à quel point une particule ressemble à une particule libre — divergent de plusieurs fois.
Le résultat le plus inattendu concerne le son. Dans la théorie habituelle, la vitesse du son dans un mélange devrait augmenter si l'on accentue la différence entre les composants. Or, ici, le calcul montre l'inverse : plus l'asymétrie est forte, plus les ondes de densité se propagent lentement. La raison est précisément le transfert de fluctuations, qui assouplit le milieu. Les auteurs proposent de mesurer le rapport des résidus des deux composants comme indicateur direct de la force des corrélations quantiques. Une telle expérience peut être réalisée dès aujourd'hui sur des installations avec des atomes refroidis de rubidium et de potassium.
Ainsi, l'inégalité, que l'on considérait autrefois comme un inconvénient gênant, devient un outil. En modifiant les masses et les forces d'interaction, les physiciens peuvent ajuster le flux de fluctuations quantiques, comme on règle un robinet. Et le ralentissement du son n'est pas un défaut, mais un signal précis de la vie cachée de la matière ultra-froide.
À une température de quelques nanokelvins, un nuage d'atomes en condensat de Bose-Einstein se comporte comme un liquide quantique unique, dans lequel le son peut se propager à une vitesse de seulement quelques centimètres par seconde — plus lentement qu'un humain ne marche.
Dans le roman « La Cité froide » de Greg Egan, le transfert de fluctuations quantiques entre différents types de particules est utilisé pour créer des environnements de calcul avec une « rigidité » programmable.