La physique quantique permet de faire des déclarations sur le comportement d'une grande variété de systèmes à plusieurs particules au niveau atomique, des cristaux de sel aux étoiles à neutrons. Dans les systèmes quantiques, de nombreux paramètres n'ont pas de valeurs concrètes, mais sont répartis sur différentes valeurs avec certaines probabilités. Souvent, cette distribution prend la forme d'une simple courbe en cloche gaussienne que l'on rencontre également dans les systèmes classiques, par exemple la distribution des billes dans l'expérience de la boîte de Galton. Cependant, tous les systèmes quantiques ne suivent pas ce comportement simple et certains pourraient s'écarter de la distribution gaussienne en raison des interactions.

Prof. Dr Jens Eisert, qui dirige un groupe de recherche conjoint sur la physique théorique à la Freie Universität Berlin et au Helmholtz-Zentrum Berlin, soutient qu'une fois que les interactions sont réduites, ces écarts diminuent avec le temps et deviennent distribués gaussiens. Maintenant, il a pu étayer cette présomption expérimentalement.

Pour faire ça, l'équipe de Berlin a travaillé avec un groupe de physiciens expérimentateurs dirigé par le professeur Jörg Schmiedmayer de l'Université de technologie de Vienne. Schmiedmayer et les membres de son groupe, en particulier le Dr Thomas Schweigler, préparé un condensat dit de Bose-Einstein :c'est un système quantique constitué de plusieurs milliers d'atomes de rubidium, qui ont été confinés dans une configuration quasi-unidimensionnelle à l'aide de champs magnétiques et refroidis près du zéro absolu (50 nanokelvin).

"Le groupe de Vienne a créé un système quantique synthétique dans lequel la distribution des phonons peut être observée de manière particulièrement nette, " explique le Dr Marek Gluza, co-auteur de l'étude et postdoc avec Jens Eisert. Les données de mesure représentent initialement la dynamique complexe des phonons. Mais la complexité se perd avec le temps et la distribution prend la forme d'une courbe en cloche gaussienne.

"En réalité, nous pouvons voir ici comment une distribution gaussienne émerge au cours du temps. La nature trouve une solution simple, tout seul, par ses lois physiques, " commente Jens Eisert.

Ce qui est unique dans l'expérience réalisée, c'est qu'au fil du temps, le système revient à la distribution plus complexe, démontrant que les signatures d'un état compliqué peuvent être récupérées à nouveau. "On sait précisément pourquoi ça revient en arrière et de quoi ça dépend, " explique Gluza. "Cela nous montre quelque chose sur l'isolement du système parce que les informations sur les signatures n'ont jamais quitté le système."