Une découverte scientifique récente a captivé la communauté des physiciens : des chercheurs ont proposé l’existence d’une nouvelle catégorie de particules quantiques, appelée « paraparticules ». Bien que cela semble relever de la science-fiction, cette proposition pourrait bien bouleverser notre compréhension de l’univers. Mais pourquoi cette découverte est-elle si révolutionnaire ? Et en quoi pourrait-elle changer notre vision des lois fondamentales de la physique ?
La découverte qui a fait vibrer la communauté scientifique
En 2021, Zhiyuan Wang, un étudiant diplômé à l’Université Rice, travaille sur un problème mathématique complexe pour passer le temps pendant la pandémie de COVID-19. Ce qu’il ne savait pas, c’est que ce problème allait le conduire à une découverte qui allait défier les bases de la physique quantique. En résolvant ce problème, Wang s’est en effet rendu compte que la solution décrivait une particule qui ne correspondait ni aux fermions, ni aux bosons. C’était quelque chose de complètement nouveau.
Il se lance alors dans une réflexion plus poussée et partage sa découverte avec son conseiller, Kaden Hazzard. Ensemble, ils développent une théorie autour de ce qu’ils appellent des paraparticules. Ces particules auraient des propriétés mathématiques très particulières, les distinguant des fermions et des bosons, mais aussi de tout ce que l’on connaît aujourd’hui dans le monde des particules élémentaires. Leur travail, publié dans la revue Nature en janvier dernier, a secoué la communauté scientifique et ravivé un vieux débat sur la nature des particules et les lois qui régissent notre univers.
Fermions et bosons : les deux piliers de la physique
Avant de plonger dans l’idée des paraparticules, il est important de comprendre les deux catégories classiques dans lesquelles toutes les particules connues jusqu’à présent ont été classées.
Les fermions, qui incluent les électrons, les protons et les neutrons, sont les constituants de la matière. Ce qui rend les fermions particulièrement fascinants, c’est leur principe d’exclusion. En termes simples, ce principe stipule que deux fermions ne peuvent jamais occuper exactement le même état quantique. Ce phénomène est ce qui permet à la matière d’exister dans sa forme actuelle. Par exemple, les électrons dans un atome ne peuvent pas tous occuper la même orbitale et doivent se répartir en différentes couches autour du noyau.
Les bosons, en revanche, sont les particules qui transmettent les forces fondamentales de l’univers, comme le photon pour l’électromagnétisme, ou le gluon pour l’interaction nucléaire forte. Ce qui distingue les bosons des fermions, c’est que ils peuvent partager le même état quantique. En d’autres termes, plusieurs bosons peuvent coexister dans un même endroit, comme dans un laser où de nombreuses particules lumineuses sont synchronisées.
Qu’est-ce que les paraparticules ?
Dans leur article, Wang et Hazzard proposent qu’il existe une troisième catégorie de particules, les paraparticules, qui ne suivent pas les règles des fermions ou des bosons. Ces particules auraient une propriété interne cachée qui modifie leur comportement lorsqu’elles échangent leurs positions. Pour mieux comprendre, imaginez que ces paraparticules aient une sorte de « couleur » interne invisible. Lorsqu’elles échangent leur position avec une autre paraparticule, cette couleur changerait d’une manière particulière, créant un comportement unique qui ne peut être observé ni dans les fermions ni dans les bosons.
Le concept de paraparticules semble possible grâce à une caractéristique mathématique des particules quantiques. Lorsqu’une particule interagit avec une autre, le signe mathématique de ses propriétés peut changer, mais les particules restent indiscernables. Wang et Hazzard suggèrent que ces propriétés cachées des paraparticules ne deviennent visibles que lorsqu’elles interagissent avec d’autres particules. En d’autres termes, l’échange de position entre deux paraparticules ne laisserait aucune trace observable immédiatement, mais leurs propriétés internes seraient modifiées de manière subtile.
Pourquoi cette découverte est-elle importante ?
Les paraparticules pourraient offrir une nouvelle perspective sur l’organisation de la matière et la manière dont les forces fondamentales interagissent dans des systèmes complexes. Actuellement, les fermions et les bosons suivent des règles bien définies, mais les paraparticules pourraient ouvrir la voie à des états de la matière exotiques, qui n’étaient jusqu’alors qu’imaginés par les physiciens théoriques. Ces nouvelles particules pourraient permettre la formation de matériaux aux propriétés jusqu’ici inconnues.
Imaginez des matériaux capables d’agir simultanément sur plusieurs échelles ou des structures qui pourraient être utilisées pour de nouvelles technologies, comme l’informatique quantique. Les paraparticules, en tant que particules capables de partager quelques états tout en maintenant une sorte d’individualité, pourraient également offrir un tout nouveau moyen de stocker et manipuler des informations.
Une voie théorique
Bien que la découverte des paraparticules ait été publiée dans une revue prestigieuse, elle reste théorique pour l’instant. Il n’existe pas encore de preuves expérimentales directes de leur existence. Cependant, des chercheurs comme Bryce Gadway de l’Université d’État de Pennsylvanie sont optimistes quant à la possibilité de reproduire ce modèle en laboratoire, notamment en utilisant des atomes de Rydberg, qui sont très sensibles aux champs électriques et sont déjà étudiés pour leur potentiel en informatique quantique.
Les paraparticules pourraient émerger dans des matériaux quantiques spéciaux, en particulier dans des environnements où les propriétés quantiques sont mises à l’épreuve. Ces expériences permettront peut-être de découvrir de nouveaux types de matière ou des phases exotiques de la matière, offrant ainsi de nouvelles perspectives pour la physique théorique et appliquée.
