Nous, les humains, sommes peut-être plus alignés avec l'univers que nous ne le pensons. Selon une étude publiée dans la revue Examen physique C , les étoiles à neutrons et le cytoplasme cellulaire ont quelque chose en commun :des structures qui ressemblent à des parkings à plusieurs étages.

En 2014, Greg Huber, physicien de la matière molle condensée de l'UC Santa Barbara, et ses collègues ont exploré la biophysique de telles formes - des hélices qui relient des piles de feuilles régulièrement espacées - dans un organite cellulaire appelé réticulum endoplasmique (RE). Huber et ses collègues les ont surnommées rampes Terasaki d'après leur découvreur, Marc Terasaki, un biologiste cellulaire à l'Université du Connecticut.

Huber pensait que ces "garages de stationnement" étaient uniques à la matière molle (comme l'intérieur des cellules) jusqu'à ce qu'il tombe sur les travaux du physicien nucléaire Charles Horowitz à l'Université de l'Indiana. À l'aide de simulations informatiques, Horowitz et son équipe avaient retrouvé les mêmes formes au plus profond de la croûte des étoiles à neutrons.

"J'ai appelé Chuck et lui ai demandé s'il était au courant que nous avions vu ces structures dans des cellules et que nous avions proposé un modèle pour elles, " dit Huber, le directeur adjoint de l'Institut Kavli de physique théorique (KITP) de l'UCSB. "C'était une nouvelle pour lui, alors j'ai réalisé qu'il pouvait y avoir une interaction fructueuse."

La collaboration qui en résulte, mis en évidence dans Examen physique C , a exploré la relation entre deux modèles de la matière très différents.

Les physiciens nucléaires ont une terminologie appropriée pour toute la classe de formes qu'ils voient dans leurs simulations informatiques hautes performances d'étoiles à neutrons :les pâtes nucléaires. Ceux-ci incluent des tubes (spaghetti) et des feuilles parallèles (lasagnes) reliées par des formes hélicoïdales qui ressemblent à des rampes Terasaki.

"Ils voient une variété de formes que nous voyons dans la cellule, " expliqua Huber. " Nous voyons un réseau tubulaire; nous voyons des feuilles parallèles. Nous voyons des feuilles reliées les unes aux autres par des défauts topologiques que nous appelons des rampes de Terasaki. Les parallèles sont donc assez profonds."

Cependant, des différences peuvent être trouvées dans la physique sous-jacente. Typiquement la matière est caractérisée par sa phase, qui dépend de variables thermodynamiques :densité (ou volume), température et pression, facteurs très différents au niveau nucléaire et dans un contexte intracellulaire.

"Pour les étoiles à neutrons, la force nucléaire forte et la force électromagnétique créent ce qui est fondamentalement un problème de mécanique quantique, " expliqua Huber. " A l'intérieur des cellules, les forces qui maintiennent ensemble les membranes sont fondamentalement entropiques et ont à voir avec la minimisation de l'énergie libre globale du système. A première vue, ceux-ci ne pourraient pas être plus différents."

Une autre différence est l'échelle. Dans le cas du nucléaire, les structures sont basées sur des nucléons tels que des protons et des neutrons et ces éléments constitutifs sont mesurés à l'aide de femtomètres (10-15). Pour les membranes intracellulaires comme le RE, l'échelle de longueur est en nanomètres (10-9). Le rapport entre les deux est un facteur d'un million (10-6), pourtant ces deux régimes très différents forment les mêmes formes.

"Cela signifie qu'il y a quelque chose de profond que nous ne comprenons pas sur la façon de modéliser le système nucléaire, " Huber a dit. " Quand vous avez une collection dense de protons et de neutrons comme vous le faites sur la surface d'une étoile à neutrons, la force nucléaire forte et les forces électromagnétiques conspirent pour vous donner des phases de la matière que vous ne seriez pas en mesure de prédire si vous aviez simplement regardé ces forces opérant sur de petites collections de neutrons et de protons. »

La similitude des structures est fascinante pour les théoriciens comme pour les physiciens nucléaires. Le physicien nucléaire Martin Savage était au KITP lorsqu'il est tombé sur des graphiques du nouvel article sur arXiv, une bibliothèque de pré-impression qui publie des milliers de physique, articles de mathématiques et d'informatique. Immédiatement, son intérêt a été piqué.

« Que des phases similaires de la matière émergent dans les systèmes biologiques m'a beaucoup surpris, " dit Sauvage, professeur à l'Université de Washington. "Il y a clairement quelque chose d'intéressant ici."

Le co-auteur Horowitz a accepté. "Voir des formes très similaires dans des systèmes si différents suggère que l'énergie d'un système peut dépendre de sa forme d'une manière simple et universelle, " il a dit.

Huber a noté que ces similitudes sont encore assez mystérieuses. "Notre papier n'est pas la fin de quelque chose, ", a-t-il déclaré. "C'est vraiment le début de l'examen de ces deux modèles."