De nombreux phénomènes du monde naturel mettent en évidence des symétries dans leur évolution dynamique qui aident les chercheurs à mieux comprendre le mécanisme interne d'un système. En physique quantique, cependant, ces symétries ne sont pas toujours atteintes. Dans des expériences de laboratoire avec des atomes de lithium ultrafroids, des chercheurs du Center for Quantum Dynamics de l'Université de Heidelberg ont prouvé pour la première fois la déviation théoriquement prédite par rapport à la symétrie classique. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Science .

« Dans le monde de la physique classique, l'énergie d'un gaz parfait augmente proportionnellement à la pression appliquée. Ceci est une conséquence directe de la symétrie d'échelle, et la même relation est vraie dans tout système invariant d'échelle. Dans le monde de la mécanique quantique, cependant, les interactions entre les particules quantiques peuvent devenir si fortes que cette symétrie d'échelle classique ne s'applique plus, " explique le professeur agrégé Dr. Tilman Enss de l'Institut de physique théorique. Son groupe de recherche a collaboré avec le groupe du professeur Dr. Selim Jochim à l'Institut de physique.

Dans leurs expériences, les chercheurs ont étudié le comportement d'un ultrafroid, gaz superfluide d'atomes de lithium. Lorsque le gaz sort de son état d'équilibre, il commence à se dilater et à se contracter à plusieurs reprises dans un mouvement de « respiration ». Contrairement aux particules classiques, ces particules quantiques peuvent se lier par paires et, par conséquent, le superfluide devient plus rigide au fur et à mesure qu'il est comprimé. Le groupe dirigé par les auteurs principaux, le Dr Puneet Murthy et le Dr Nicolo Defenu, collègues du professeur Jochim et du Dr Enss, a observé cet écart par rapport à la symétrie d'échelle classique et a ainsi directement vérifié la nature quantique de ce système. Les chercheurs rapportent que cet effet donne un meilleur aperçu du comportement de systèmes ayant des propriétés similaires tels que le graphène ou les supraconducteurs, qui n'ont pas de résistance électrique lorsqu'ils sont refroidis en dessous d'une certaine température critique.