Un état quantique macroscopique où les particules forment un objet cohérent et auto-lié, sans surface.Une goutte quantique est un état de la matière auto-lié, de type liquide, formé par un gaz dilué d'atomes ultafroids, maintenu ensemble par des fluctuations quantiques plutôt que par la tension superficielle ou un confinement externe. Contrairement à une goutte de liquide ordinaire, qui existe grâce aux forces intermoléculaires, une goutte quantique résulte de l'équilibre délicat entre les interactions attractives de champ moyen et les corrections quantiques répulsives. Ces gouttes contiennent de quelques milliers à quelques millions d'atomes et se comportent comme un objet quantique cohérent unique, tout en étant de taille macroscopique — visibles au microscope.
Les gouttes quantiques ont d'abord été prédites théoriquement dans les années 1970 pour l'hélium, mais dans les gaz atomiques ultrafroids, elles ont été proposées en 2014 par Dmitry Petrov et ses collaborateurs. Elles ont été observées expérimentalement pour la première fois en 2016 dans des gaz dipolaires de dysprosium et d'erbium, puis dans des mélanges d'atomes bosoniques.
Dans un condensat de Bose-Einstein, les atomes peuvent être amenés à s'attirer via un réglage magnétique ou optique (résonance de Feshbach). Si l'attraction est trop forte, le gaz s'effondre ; si elle est trop faible, il se dilate. Les gouttes quantiques émergent lorsque l'énergie de champ moyen attractive est presque exactement compensée par l'énergie répulsive des fluctuations quantiques (la correction de Lee-Huang-Yang). Cet équilibre crée un état stable et auto-lié avec une densité fixe, indépendante du nombre d'atomes. La surface de la goutte n'est pas une frontière nette mais une transition douce, et elle peut exister sans aucun piège externe.
Les gouttes quantiques sont étudiées comme plateforme pour la simulation quantique, en particulier pour explorer les phases supersolides et pour construire des circuits atomtroniques où des ondes de matière cohérentes s'écoulent sans dissipation.
Les gouttes quantiques peuvent être si diluées que leur densité est environ un milliard de fois plus faible que celle de l'air, et pourtant elles restent auto-liées dans l'espace libre, sans aucun contenant.
