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Régler un récepteur radio sur une station qui change de fréquence lorsqu'on franchit une frontière de phase : c'est ainsi qu'on peut se représenter la tâche des chercheurs.

Deux étoiles tournent l'une autour de l'autre, se rapprochant progressivement. Leur danse perd de l'énergie, et cette énergie s'échappe dans l'espace sous forme d'ondes gravitationnelles, et parfois d'autres champs.

La gravitation n'est pas seulement une force qui nous maintient au sol. À l'échelle de l'Univers, elle dirige les galaxies, courbe les rayons lumineux et détermine le destin de toute chose. Il y a cent ans, Einstein l'a décrite comme une courbure de l'espace et du temps.

Une carte cosmologique ressemble à une photo des rides à la surface de l'eau : on en déduit la pierre qui a été jetée. La pierre, ce sont les propriétés de l'Univers — combien il contient de matière ordinaire, combien de matière noire, à quelle vitesse il s'étend.

Dans un immense anneau d'aimants près de Chicago, les muons tournaient comme des patineurs sur une patinoire. Mais au lieu de la musique, un champ magnétique, et au lieu de la rotation, un léger balancement du spin. Ce balancement, les physiciens l'appellent le moment magnétique anormal.

L'électron et le muon sont de minuscules aimants. Leur magnétisme est légèrement supérieur à deux (dans des unités spéciales), et cette « fraction excédentaire » (le moment magnétique anomal) naît de l'agitation constante du vide : des paires de particules apparaissent et disparaissent brièvement.

Le cône de lumière est un plan de causalité découpé au laser dans la toile de l'univers. En physique classique, il est tranchant comme un scalpel : les événements à l'intérieur sont reliés par des fils invisibles d'influence, et au-delà, c'est l'isolement éternel, scellé par la vitesse de la lumière…

Chaque particule quantique possède un spin — une propriété magnétique intrinsèque, comme une minuscule aiguille. Dans une expérience, un faisceau de telles particules traversant un aimant se sépare en deux parties — comme une pièce qui retombe sur pile ou face.

Le principe faible d'équivalence, testé tacitement depuis Galilée et fondement de la relativité générale, affirme que tous les corps tombent de la même manière, quelle que soit leur structure interne.

Dans le nuage sombre G351, où de nouvelles étoiles s'apprêtent à naître du gaz et de la poussière, le champ magnétique s'est incurvé comme un sablier. Une telle forme est la signature d'un champ qui ne se contente pas d'observer la naissance des étoiles, mais qui y participe activement.

Dans un solide, les atomes vibrent et transmettent le son. Parfois, cette onde ne se propage pas en ligne droite mais s'enroule en spirale, comme un tire-bouchon qui s'enfonce dans un bouchon. Dans les cristaux ordinaires, ces « tourbillons sonores » sont connus, mais dans les matériaux magnétiques, on ne les avait jamais vus.

Une puce de silicium de la taille d'un ongle contient des milliards de minuscules interrupteurs. Mais pour un ordinateur quantique, il ne faut pas des interrupteurs, mais des électrons individuels piégés dans des cavités microscopiques. Ces cavités sont des points quantiques.

Un aimant de frigo tient parce qu'à l'intérieur, les minuscules flèches atomiques sont alignées dans une même direction. Mais la mécanique quantique fait trembler ces flèches, et l'aimantation totale devient inférieure à la valeur idéale.

Un électron dans une molécule se comporte comme un minuscule aimant, et sa « force » peut être mesurée avec une précision énorme.

Un qubit, c'est comme un locataire dans un minuscule appartement : il occupe généralement l'étage inférieur pour ne pas être dérangé par les voisins du dessus. Dans les boîtes quantiques en germanium, où vivent les qubits de spin, ce locataire est un trou, c'est-à-dire un endroit sans électron.

Le neutron est une particule sans charge, mais avec une structure interne. Comme un ballon qui paraît lisse à l'extérieur, mais qui a une garniture complexe à l'intérieur. Les scientifiques cherchent depuis longtemps à comprendre comment les forces électriques et magnétiques sont réparties à l'intérieur du neutron.

Dans un cristal de fluorure de manganèse, les atomes sont alignés comme des soldats en rang. Mais à l'intérieur de cet alignement se cache un motif subtil : les moments magnétiques des atomes pointent dans des directions opposées, et ce motif change lorsqu'on fait pivoter le cristal.

La résonance magnétique, c'est comme un diapason qui ne vibre que sur sa note. Chaque molécule a sa propre fréquence, et grâce à elle, on peut identifier la molécule et son état. Mais avant, on écoutait ce diapason à travers un mur épais : le signal était flou et on ne pouvait pas distinguer la note exacte.

Deux grandes théories décrivent la réalité : l'une explique comment les corps massifs provoquent la courbure de l'espace-temps, l'autre, le modèle standard, régit les particules élémentaires. Les concilier semble impossible, comme tenter de décrire une tempête océanique avec le langage d'un réseau cristallin.

Un champ magnétique de 8 teslas, c'est 200 fois plus fort que le champ terrestre. Sous un tel champ, la supraconductivité dans un film mince de ditellurure de palladium ne se contente pas de survivre, elle tient jusqu'à une température de 20 millikelvins, soit cent fois plus froid que l'espace…