Les résultats obtenus à partir des mesures de corrélation viennent d'être publiés dans Nature Physics .

Les habitants des centres-villes de Manhattan ou de Miami le savent depuis toujours :sur de courtes distances, jusqu'à la longueur d'un pâté de maisons, le monde à l'intérieur des « canyons urbains » de la ville semble être unidimensionnel. Une seule direction est privilégiée. Cependant, avec les rues transversales présentes sur de plus longues distances, le monde est bidimensionnel :il est possible que l'on explore la direction transversale en voyageant suffisamment loin.

Les particules quantiques, confinées à des températures ultra-basses dans des « canyons optiques » avec la possibilité de créer un tunnel quantique vers les canyons voisins, « savent » également quelle est leur dimensionnalité :elles sont 1D pour les courtes distances, mais 2D pour les longues distances. Un tel comportement a récemment été révélé dans un travail conjoint de théorie et d'expérience mené par des chercheurs du Département de physique expérimentale de l'Université d'Innsbruck et du Département de physique de la matière quantique de l'Université de Genève.

Les systèmes quantiques en dimensionnalité réduite et à températures ultra-basses dans le régime de superfluidité et de dégénérescence quantique sont devenus un riche domaine de recherche. Les superfluides bidimensionnels peuvent contenir des excitations topologiques, et les systèmes unidimensionnels en interaction présentent une multitude de propriétés inhabituelles, dont la fermionisation des bosons est l'une des plus frappantes.

On sait peu de choses sur le régime du croisement dimensionnel :comment les superfluides bosoniques 2D en interaction forte se connectent-ils aux bosons fermionisés en 1D ? En utilisant les atomes froids comme plate-forme de recherche, le croisement dimensionnel peut désormais être étudié directement dans l'expérience.

Dans un premier test, les physiciens ont sondé les propriétés de corrélation de bosons en interaction confinés à des cristaux de lumière variables. En dimensionnalité mixte, ils ont trouvé une désintégration caractéristique à deux pentes pour la fonction de corrélation à un corps, reflétant le fait que les particules sont à la fois 1D et 2D.

"Notre système est simultanément 1D et 2D", explique l'un des principaux auteurs de ces travaux, Yanliang Guo, postdoctorant à Innsbruck. "Cela dépend de la manière dont nous interrogeons le système."

Hepeng Yao, postdoctorant à Genève qui a réalisé la simulation et l'analyse numériques par des méthodes quantiques de Monte Carlo de pointe, est d'accord. "Nous pouvons désormais suivre directement comment le changement continu de la dimensionnalité d'un système affecte les propriétés collectives d'un superfluide."

"Nos expériences nous réservaient une surprise", déclare Yanliang Guo. "Grâce à notre modélisation numérique de haute qualité, nous pouvons désormais utiliser les mesures de corrélation pour déterminer la température de nos liquides quantiques en 1D, 2D et entre les deux, avec une très grande précision. Cela pourrait ouvrir la voie à de nouvelles découvertes, par exemple. exemple pour l'exploration de la phase insaisissable du verre de Bose. "

Hepeng Yao est du même avis :"Les mesures de corrélation, lorsqu'elles sont effectuées pour des bosons à très basse température en présence d'un potentiel aléatoire, devraient montrer les signatures du verre de Bose."

Les résultats serviront de point de départ à de nouvelles recherches sur la matière quantique de basse dimension et son croisement dimensionnel.