Dans un cristal, la chaleur voyage sur des ondes. Les atomes vibrent, et ces vibrations – appelées phonons – transportent l'énergie du bord chaud vers le bord froid. On a longtemps pensé que si les phonons entraient en résonance (leurs fréquences coïncident exactement) et pouvaient échanger de l'énergie, la chaleur se propagerait comme une avalanche. Il s'avère que ce n'est pas le cas.
Les auteurs de l'étude ont découvert un piège. Lorsque la résonance est parfaitement exacte, la symétrie entre en jeu. Elle fait que les flux d'énergie provenant de différents phonons s'annulent exactement. Un état étrange apparaît – l'arrestation cinétique. L'énergie est là, les vibrations continuent, mais la chaleur ne se déplace pas. Comme une foule sur une place : tout le monde piétine sur place, et personne ne va nulle part.
Le véritable transfert de chaleur repose sur des quasi-résonances – des coïncidences presque exactes des fréquences. Lorsque l'accord est légèrement déréglé, la symétrie ne peut plus bloquer complètement le flux. Cette conclusion est importante pour la nanoélectronique : dans les dispositifs minuscules, la taille dicte quelles résonances sont possibles. Si la taille est défavorable, la puce peut surchauffer, alors que selon tous les manuels, elle aurait dû refroidir.
Ainsi, le cristal ressemble à un orchestre sans chef. Les musiciens – les phonons – peuvent jouer à l'unisson, mais sans un léger désaccord, personne ne commence, et le silence s'éternise. La quasi-résonance s'avère être cette légère dissonance qui déclenche le mouvement de la chaleur.
Les phonons obéissent presque aux mêmes lois de conservation que les particules élémentaires, de sorte que le « piégeage » de l'énergie dû à la symétrie est un parent des effets de la physique des hautes énergies.