Des chercheurs ont réussi pour la première fois à transformer la lumière en un état de matière appelé supersolide, une percée scientifique remarquable. Cette réalisation ouvre la voie à de nouvelles découvertes sur les états quantiques inhabituels de la matière et pourrait avoir des applications inédites dans le domaine de la technologie quantique.
Un exploit inédit : transformer la lumière en matière
Depuis longtemps, la lumière fascine les scientifiques par sa nature à la fois ondulatoire et corpusculaire, une dualité au cœur des mystères de la physique quantique. La lumière, constituée de photons, se comporte en effet tantôt comme une onde qui se propage dans l’espace, tantôt comme un flux de particules individuelles. Cette propriété singulière a donné lieu à d’innombrables découvertes, mais aussi à des énigmes persistantes.
Pourtant, malgré les avancées dans l’étude de ses caractéristiques, l’idée de transformer la lumière en un état solide semblait jusqu’ici relever de la science-fiction. Comment un phénomène aussi insaisissable, voyageant à la vitesse de 300 000 km/s, pourrait-il adopter les attributs d’un matériau tangible et structuré ? C’est désormais une réalité grâce aux travaux d’une équipe de chercheurs du Conseil national de la recherche italien (CNR).
Cet exploit remarquable repose sur des recherches pionnières menées il y a plus de dix ans qui avaient déjà démontré que la lumière pouvait se comporter comme un fluide capable de contourner les obstacles et de se propager avec une forme de cohérence collective. Aujourd’hui, les chercheurs sont allés encore plus loin en créant un état quantique unique : le supersolide. Ce nouvel état de la matière combine des propriétés paradoxales qui mêlent la rigidité structurelle d’un cristal à la fluidité sans viscosité propre aux superfluides.
La méthode innovante derrière cette découverte
Pour parvenir à ce résultat, les chercheurs ont utilisé un semi-conducteur particulier composé d’arséniure d’aluminium et de gallium. Ils ont dirigé un laser sur ce matériau, spécialement conçu avec des crêtes étroites. Cette interaction a permis la formation de quasiparticules appelées polaritons, issues de la fusion entre les photons (les particules de lumière) et les excitations électroniques du semi-conducteur.
La configuration spécifique des crêtes dans le matériau a joué un rôle crucial. En limitant la manière dont les polaritons pouvaient se déplacer et leurs niveaux d’énergie, cette structure a en effet permis aux quasiparticules de fusionner et de former un état suprasolide. C’est cette combinaison unique de lumière et de matière qui a donné naissance à un nouvel état quantique.
Prouver l’existence de ce supersolide de lumière ne fut pas une tâche simple. Les chercheurs ont dû mesurer avec précision les propriétés de cet état inédit pour confirmer qu’il présentait à la fois la rigidité d’un solide et la fluidité sans viscosité d’un superfluide.
Des perspectives prometteuses pour la recherche et la technologie
Cette découverte ouvre un champ d’investigation fascinant en physique quantique où la lumière, traditionnellement considérée comme une particule sans masse, peut être manipulée pour se transformer en un état solide. Ce phénomène pourrait permettre de mieux comprendre les transitions de phase quantiques où la matière passe d’un état à un autre sous l’effet de variations de conditions, telles que la température ou la pression. Dans le domaine quantique, cela englobe des changements subtils entre des états comme la superfluidité, la supraconductivité ou encore des configurations plus complexes.
De plus, la création de supersolides à base de lumière représente une avancée majeure, car ces matériaux combinent les propriétés d’un solide, avec sa structure rigide, et celles d’un superfluide, où la matière peut se déplacer sans friction. Les supersolides à base de photons seraient bien plus faciles à manipuler que ceux obtenus à partir d’atomes ultra-froids qui nécessitent des conditions extrêmes de contrôle. Cela pourrait ainsi accélérer les progrès dans des technologies quantiques comme les ordinateurs quantiques, les capteurs ou les communications quantiques, où la manipulation de la lumière à l’échelle microscopique est essentielle.
