Dans un monde en trois dimensions, toutes les particules doivent être soit des fermions, soit des bosons, mais en moins de dimensions, l'existence de particules dites anyons, qui ont des statistiques quantiques intermédiaires, est possible. On pense fortement que ces objets fascinants existent en tant que quasi-particules émergentes dans les systèmes de Hall quantique fractionnaire, mais malgré de gros efforts, les preuves expérimentales d'anyons sont restées très limitées. Puisque la statistique quantique est définie par le comportement de la phase de la fonction d'onde, lorsque deux particules identiques sont échangées, les premières tentatives de détection de anyon ont été basées sur des mesures interférométriques utilisant l'interférométrie de Fabry-Perot ou des expériences de séparation de faisceau.

Jusque là, de nombreux efforts ont été déployés pour améliorer les preuves expérimentales des anyons en recherchant des moyens d'étudier l'effet FQH et de comprendre sa physique sous-jacente dans des systèmes quantiques hautement contrôlables tels que les atomes froids ou les simulateurs quantiques photoniques. Il existe des études qui ont montré que les interactions lumière-matière peuvent créer et piéger des quasiparticules fractionnaires dans les gaz atomiques ou les systèmes électroniques, et via l'imagerie temps-lumière, mesurer les signatures de statistiques fractionnaires portées par le moment angulaire total d'un système de Hall quantique fractionnaire.

Dans une étude récente publiée dans Lettres d'examen physique , Les chercheurs de l'ICFO Tobias Grass, Niccolo Baldelli, et Utso Bhattacharya, dirigé par ICREA Prof. à ICFO Maciej Lewenstein, et en collaboration avec Bruno Julia-Díaz de l'Université de Barcelone, décrire une nouvelle approche de la détection anyon, qui est un élément crucial pour accroître la connaissance de la matière quantique exotique.

Contrairement aux schémas de détection antérieurs, l'étude rédigée par les chercheurs ouvre une nouvelle possibilité qui ne nécessite ni échange de particules ni interférométrie. Au lieu, les auteurs proposent de retracer le comportement des anyons en leur liant des particules d'impuretés. Spécifiquement, on montre que le moment angulaire moyen d'une seule impureté prend des valeurs caractéristiques qui sont éventuellement fractionnaires. Pour un système d'impuretés multiples, le moment angulaire total devrait alors dépendre de la manière dont ces niveaux effectifs d'impureté unique sont remplis. Étonnamment, la valeur obtenue par les auteurs ne correspond ni au remplissage d'une mer de Fermi ni à la condensation d'un mode bosonique. Au lieu, le moment cinétique de l'impureté s'intercale entre ces cas limites, et le paramètre statistique fractionnaire des anyons peut être déduit d'emblée de cette interpolation.

Leur schéma de détection ne nécessite que des mesures de densité et pourrait être applicable aux phases Hall quantiques abéliennes dans les matériaux électroniques ainsi que dans les simulateurs quantiques photoniques ou atomiques. Les auteurs discutent également des généralisations possibles vers les anyons non abéliens. Puisque les impuretés réalisent un gaz sans interaction d'anyons, leurs travaux offrent également la possibilité d'étudier la thermodynamique complexe des systèmes anyoniques.