Une équipe de chercheurs de plusieurs institutions en Allemagne et en Autriche a développé un moyen d'observer directement les transitions de phase quantiques dynamiques dans un système à plusieurs corps en interaction. Dans leur article publié dans la revue Lettres d'examen physique , l'équipe décrit la création d'un environnement ultrafroid unique qui a permis de visualiser la transition de phase quantique.

Les transitions de phase sont courantes dans le monde observable :l'eau se transforme en glace, par exemple. La plupart de ces types de transitions se produisent à la suite de changements de température. Mais les physiciens savent qu'il peut y avoir d'autres types de transitions qui se produisent en raison de changements d'énergie, qui ont été décrites par le principe d'incertitude de Heisenberg. Réaliser des expériences destinées à tester de telles transitions, les chercheurs doivent généralement les soumettre à des conditions proches du zéro absolu pour empêcher les fluctuations thermiques de provoquer des interférences. Dans de telles expériences, le temps devient le principal facteur de transition, plutôt que la température.

De retour en 2013, une équipe de physiciens théoriciens a noté qu'il semblait y avoir des similitudes entre l'opérateur d'évolution et la fonction de partition. Le rôle que le temps a joué dans l'évolution d'un système quantique isolé thermiquement, ils ont montré, était égale à la température inverse dans un système qui était à l'équilibre thermique. Leurs calculs ont montré qu'un système quantique devrait être capable de passer par des changements d'état de nature similaire à des transitions de phase. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont prouvé que cette théorie était vraie en créant un modèle d'Ising à champ transversal modifié et en manipulant le spin des ions maintenus dans un environnement ultrafroid.

Plus précisement, l'équipe a piégé des chaînes de 10 ions calcium-40 à l'aide d'un champ magnétique dans un congélateur où les températures ont été réduites à près du zéro absolu. Au départ, les vrilles étaient toutes réglées pour pointer dans la même direction. L'équipe a ensuite changé au hasard les états de rotation de chacun, déséquilibrer le système, et observé ce qui s'est passé - la théorie avait prédit que le système évoluerait dans le temps jusqu'à un point où tous les spins seraient à nouveau alignés ; l'équipe rapporte que les points de rotation se sont produits aux moments qui avaient été prédits, prouver que la théorie est correcte.

On pense que la confirmation de la théorie conduira à une meilleure compréhension du comportement de la matière quantique et des transitions de phase en particulier.

© 2017 Phys.org