"Les fermions ne voyagent pas ensemble"

Les fermions ont tendance à se repousser et ne peuvent "voyager" à proximité l'un de l'autre. Démontré par une équipe de l'Institut d'optique (CNRS/Université Paris 11, Orsay-Palaiseau), ce résultat est détaillé dans la revue Nature du 25 janvier 2007. Il marque une grande avancée dans la compréhension des phénomènes à l'échelle quantique.

Mise en évidence d'un effet attendu de la théorie quantique

Depuis longtemps, la théorie de la mécanique quantique prévoyait que certaines particules, les fermions (1), sont incapables de "voyager" l'une proche de l'autre. Dans un jet de particules identiques par exemple, la théorie supposait que la distance entre elles était toujours supérieure à une valeur donnée, baptisée "longueur de corrélation".


Des chercheurs du Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'optique, en collaboration avec une équipe de Vrije Universiteit (Amsterdam), viennent de montrer que cette propriété de "dégroupement" que l'on n'avait jamais pu mettre en évidence auparavant existe bel et bien. Tout se passe comme si les particules se repoussaient, bien que les interactions entre elles soient négligeables. En fait le "dégroupement" est dû à des interférences quantiques qui annulent la probabilité de trouver deux particules très proches.

Pour arriver à cette conclusion, les chercheurs ont comparé le comportement de fermions avec celui de bosons (2) dans des conditions identiques. Chez ces derniers, les mêmes interférences mènent au contraire à un effet de "groupement": une probabilité accrue de trouver deux particules ensemble.

Les expériences de l'Institut d'optique ont été effectuées dans le même dispositif, assurant des conditions identiques, avec deux isotopes de l'hélium. Là, les chercheurs ont mis en évidence la longueur de corrélation des fermions qui approche le millimètre. Cet effet était prévu mais sa mise en évidence représente une avancée dans notre capacité à détecter des corrélations entre atomes. Un pas de plus vers une meilleure compréhension du comportement de la matière à l'échelle quantique.

Pour en savoir plus: lien (en anglais)

Notes:
(1) Famille de particules à laquelle appartiennent entre autres les électrons, les protons, les neutrinos, l'hélium3 et les quarks.
(2) Famille de particules à laquelle appartiennent les photons, l'hélium4 et les gluons.