Une équipe de l'Université de Vienne a réussi un tour de force : observer des interférences quantiques sur des nanoparticules de sodium massives, ce qui confirme que les phénomènes quantiques ne sont pas limités aux plus grains de matière de l'Univers.
Jusqu'à présent, les effets quantiques comme la superposition étaient généralement cantonnés aux particules élémentaires ou aux molécules légères. Mais des chercheurs autrichiens ont brisé ce plafond de verre avec l'expérience MUSCLE.
Ils ont démontré que des nanoparticules de sodium, contenant plusieurs milliers d'atomes, peuvent se comporter comme des ondes. Ce résultat, publié dans la revue Nature, confirme que la mécanique quantique reste valide à une échelle bien plus grande que ce que l'intuition nous suggère.
Un dispositif expérimental de haute précision
Pour parvenir à ce résultat, l'équipe dirigée par Markus Arndt a dû isoler totalement le système des perturbations extérieures. Les clusters de sodium ont été refroidis à des températures cryogéniques et placés dans un ultravide pour éviter toute décohérence thermique ou collision gazeuse.
C'est dans cet environnement contrôlé, flottant sur un coussin d'air, que la physique fondamentale se dévoile. Les particules traversent un interféromètre composé de trois réseaux de lasers ultraviolets.
Ce dispositif force les amas de matière à emprunter plusieurs chemins simultanément, créant ainsi une figure d'interférence caractéristique. L'observation confirme que ces objets massifs ne sont pas localisés à un endroit précis, mais existent dans un état de superposition spatiale.
Une masse comparable à celle des protéines
Ce qui frappe ici, c'est l'échelle des objets manipulés. Avec une masse dépassant 170 000 unités de masse atomique, ces particules sont plus lourdes que la plupart des protéines biologiques.
Elles mesurent environ 8 nanomètres de diamètre, une taille colossale pour une expérience de ce type. C'est un véritable défi technique de maintenir la cohérence quantique sur de tels mastodontes.
BEC : condensat de Bose-Einstein
Le paramètre de macroscopicité, qui mesure la rigueur du test quantique, atteint ici la valeur record de 15,5. C'est dix fois plus que les précédents records établis.
Cela signifie que la théorie quantique tient bon, même face à des objets que l'on pourrait presque qualifier de "gros morceaux de métal" à l'échelle atomique. Aucune théorie alternative n'est nécessaire pour expliquer leur comportement.
Vers de nouveaux horizons technologiques
Au-delà de l'exploit fondamental, cette avancée ouvre des portes pour la nanotechnologie. La sensibilité extrême du dispositif permet d'envisager des capteurs de force d'une précision inédite pour sonder les propriétés des matériaux.
On pourrait ainsi mesurer les propriétés magnétiques ou optiques de nanoparticules isolées avec une finesse inégalée.
L'objectif futur est encore plus ambitieux : tester des objets encore plus massifs pour voir si la mécanique quantique finit par s'effondrer. Pour l'heure, l'analogie du célèbre chat de Schrödinger semble pouvoir continuer à prendre du poids sans perdre sa nature paradoxale.
Les chercheurs espèrent améliorer leur dispositif pour gagner encore plusieurs ordres de grandeur dans les années à venir, repoussant toujours plus loin les limites de notre compréhension de la matière.
