Une boule de billard en frappe une autre — et la somme de leurs vitesses avant et après le choc obéit à des règles strictes. Dans le microcosme, c'est pareil : l'énergie, l'impulsion, la charge ne peuvent pas simplement disparaître. Ces interdits agissent comme un chef d'orchestre invisible qui non seulement place les particules — ordonnant aux unes d'être rapides, aux autres lentes — mais les force aussi à se mouvoir de manière coordonnée, même si elles se sont éloignées les unes des autres.
Les auteurs de l'article ont construit un cadre mathématique qui réunit les deux effets dans une seule formule. Il s'avère que les distributions familières des particules en énergie — statistiques de Maxwell-Boltzmann, de Bose-Einstein et de Fermi-Dirac — surgissent naturellement, comme une conséquence des lois de conservation dans un système fermé. Et si l'on regarde deux particules à la fois, la même formule donne l'intensité de leur lien forcé : à quel point le comportement de l'une dépend de l'autre simplement parce qu'ensemble elles doivent respecter un budget commun d'énergie ou de charge.
Les chercheurs sont allés plus loin et ont imaginé comment « désactiver » ce lien induit. Ils ont défini des observables particulières qui, par construction, ne ressentent pas la contribution des lois de conservation. En comparant les corrélations ordinaires et « purifiées » dans des collisions simulées de protons avec des noyaux de plomb, ils ont montré que la méthode fonctionne et élimine effectivement la contribution du chef d'orchestre de la conservation, laissant intactes d'autres corrélations plus subtiles. Un tel outil est particulièrement important pour l'analyse des petits systèmes de collision, où les effets de conservation peuvent se faire passer pour des signaux de nouvelle physique.
Les statistiques de Bose-Einstein et de Fermi-Dirac, qui décrivent le comportement des particules quantiques, ont été établies dans les années 1920, mais leur lien profond avec les lois de conservation dans les systèmes fermés ne s'est éclairci que maintenant.