La physique moderne nous a habitués à des notions étranges et contre-intuitives de la réalité, en particulier la physique quantique qui est célèbre pour laisser les objets physiques dans d'étranges états de superposition. Par exemple, Le chat de Schrödinger, qui se trouve incapable de décider s'il est mort ou vivant. Parfois cependant la mécanique quantique est plus décisive et même destructrice.

Les symétries sont le Saint Graal des physiciens. La symétrie signifie que l'on peut transformer un objet d'une certaine manière qui le laisse invariant. Par exemple, une boule ronde peut être tournée d'un angle arbitraire, mais c'est toujours pareil. Les physiciens disent qu'il est symétrique sous les rotations. Une fois la symétrie d'un système physique identifiée, il est souvent possible de prédire sa dynamique.

Parfois cependant les lois de la mécanique quantique détruisent une symétrie qui existerait heureusement dans un monde sans mécanique quantique, c'est-à-dire les systèmes classiques. Même pour les physiciens, cela semble si étrange qu'ils ont qualifié ce phénomène d'« anomalie ».

Pendant la majeure partie de leur histoire, ces anomalies quantiques étaient confinées au monde de la physique des particules élémentaires exploré dans d'immenses laboratoires d'accélérateurs tels que le Large Hadron Collider au CERN en Suisse. Maintenant cependant, un nouveau type de matériaux, les semi-métaux dits de Weyl, similaire au graphène 3D, nous permettent de mettre en œuvre l'anomalie quantique destructrice de symétrie dans les phénomènes quotidiens, comme la création de courant électrique.

Dans ces matériaux exotiques, les électrons se comportent effectivement de la même manière que les particules élémentaires étudiées dans les accélérateurs de haute énergie. Ces particules ont la propriété étrange de ne pas être au repos :elles doivent se déplacer à une vitesse constante à tout moment. Ils ont également une autre propriété appelée spin. C'est comme un minuscule aimant attaché aux particules et elles existent en deux espèces. La rotation peut soit pointer dans la direction du mouvement, soit dans la direction opposée.

Quand on parle de particules droitiers et gauchers, cette propriété est appelée chiralité. Normalement, les deux espèces différentes de particules, identiques à l'exception de leur chiralité (handedness), viendrait avec des symétries séparées qui leur sont attachées et leurs nombres seraient conservés séparément. Cependant, une anomalie quantique peut détruire leur coexistence pacifique et transformer une particule gauchère en une particule droitière ou vice-versa.

Apparaissant dans un article publié aujourd'hui dans La nature , une équipe internationale de physiciens, scientifiques des matériaux et théoriciens des cordes, avoir observé un tel matériau, un effet d'une anomalie quantique des plus exotiques que l'on pensait jusqu'à présent être déclenchée uniquement par la courbure de l'espace-temps telle que décrite par la théorie de la relativité d'Einstein. Mais à la surprise de l'équipe, ils ont découvert qu'il existe également sur Terre dans les propriétés de la physique de l'état solide, sur laquelle repose une grande partie de l'industrie informatique, allant des minuscules transistors aux centres de données cloud.

"Pour la première fois, nous avons observé expérimentalement cette anomalie quantique fondamentale sur Terre qui est extrêmement importante pour notre compréhension de l'univers, " a déclaré le Dr Johannes Gooth, un scientifique d'IBM Research et auteur principal de l'article. "Nous pouvons maintenant construire de nouveaux dispositifs à semi-conducteurs basés sur cette anomalie qui n'a jamais été envisagée auparavant pour contourner potentiellement certains des problèmes inhérents aux dispositifs électroniques classiques, comme les transistors."

Nouveaux calculs, en utilisant en partie les méthodes de la théorie des cordes, ont montré que cette anomalie gravitationnelle est également responsable de la production d'un courant si le matériau est chauffé en même temps qu'un champ magnétique est appliqué.

"C'est une découverte incroyablement excitante. Nous pouvons clairement conclure que la même rupture de symétrie peut être observée dans n'importe quel système physique, que cela se soit produit au début de l'univers ou se passe aujourd'hui, ici sur Terre, " a déclaré le professeur Karl Landsteiner, un théoricien des cordes à l'Instituto de Fisica Teorica UAM/CSIC et co-auteur de l'article.

Les scientifiques d'IBM prédisent que cette découverte ouvrira une vague de nouveaux développements autour des capteurs, interrupteurs et refroidisseurs thermoélectriques ou dispositifs de récupération d'énergie, pour une meilleure consommation d'énergie.