Le lien commun entre les téléviseurs à cristaux liquides et la naissance de l'univers, quand vous regardez la grande image, est qu'ils sont tous deux caractérisés par le phénomène intrigant dans lequel la matière change brusquement d'état.

Les scientifiques veulent mieux comprendre et contrôler le comportement des particules au moment exact où ces transitions de phase - un changement d'énergie dans un système, un peu comme le processus dans lequel l'eau s'évapore ou se transforme en glace.

Une étude publiée le 18 décembre dans Physique de la nature par des scientifiques de l'Université de Chicago ont observé le comportement des particules lorsque le changement a lieu dans les moindres détails. En plus d'éclairer les règles fondamentales qui régissent l'univers, comprendre ces transitions pourrait aider à concevoir des technologies plus utiles.

L'une des questions était de savoir si, alors que les particules se préparent à passer d'un état quantique à un autre, ils peuvent agir comme un groupe cohérent qui "connaît" les états des autres, ou si différentes particules n'agissent qu'indépendamment les unes des autres, ou de manière incohérente.

Cheng Chin, professeur au Département de physique, et son équipe a examiné une configuration expérimentale de dizaines de milliers d'atomes refroidis à près du zéro absolu. Lorsque le système a traversé une transition de phase quantique, ils ont mesuré son comportement avec un système d'imagerie extrêmement sensible.

La sagesse conventionnelle était que les atomes devraient évoluer de manière incohérente après la transition - une caractéristique des anciens modèles de physique « classiques » plutôt que quantiques. "En revanche, nous avons trouvé des preuves solides d'une dynamique cohérente, " a déclaré l'étudiant diplômé Lei Feng, le premier auteur de l'étude. « A aucun moment elles ne deviennent des particules classiques; elles se comportent toujours comme des ondes qui évoluent en synchronie les unes avec les autres, ce qui devrait donner aux théoriciens un nouvel ingrédient à inclure dans la façon dont ils modélisent de tels systèmes hors d'équilibre. »

Cette question porte sur les règles fondamentales qui régissent la façon dont la matière interagit dans notre univers, mais comme toujours, il a aussi des considérations pratiques. Par exemple, les ingénieurs essayant de construire des ordinateurs quantiques sont très intéressés à conserver la cohérence d'un groupe de bits quantiques en interaction, car ils doivent garder leur système cohérent afin de construire des ordinateurs plus rapides. Les cosmologistes s'intéressent à la physique de ces transitions car ils décrivent les premiers instants de l'univers alors qu'il s'étendait et changeait rapidement.

"Notre observation nous envoie au-delà de l'image conventionnelle de telles transitions que les scientifiques tenaient pour acquises, " dit Chin.