Des bosons transformés en anyons dans un gaz quantique

Dans le monde quantique, les particules sont classées en deux grandes familles : les fermions, comme les électrons ou les quarks, qui constituent la matière, et les bosons, tels que les photons ou les gluons, qui transmettent les interactions fondamentales. Mais dans les systèmes comportant moins de trois dimensions, une autre famille se dévoile : celle des anyons, des quasiparticules ni bosons ni fermions. Contrairement aux particules ordinaires, les anyons n’existent pas isolément : ils émergent comme des excitations collectives au sein d’un état quantique de la matière. Ce phénomène rappelle celui des phonons, qui apparaissent comme des vibrations collectives dans un solide, mais se comportent comme des particules distinctes.

Déjà observés dans des systèmes bidimensionnels, comme les liquides quantiques de Hall, les anyons restaient insaisissables à une dimension. Une collaboration internationale de chercheuses et chercheurs (Autriche, Belgique, France), vient de franchir ce cap. Leurs résultats montrent qu’il est possible de "transmuter" un boson en un anyon dans un gaz quantique unidimensionnel contrôlé avec une précision extrême. Ces travaux ont fait l’objet d’une publication dans la revue Nature.

Ces recherches ont été menées dans les laboratoires CNRS suivants :

• Laboratoire Kastler Brossel (LKB, CNRS/Collège de France/ENS-PSL/Sorbonne Université)

• Laboratoire de Physique Théorique et Modèles Statistiques (LPTMS, Université Paris-Saclay / CNRS)

L'équipe de recherche a obtenu ce résultat en injectant et en accélérant une impureté (un atome de césium) au sein d'un gaz de bosons en régime de couplage fort. En analysant méticuleusement la quantité de mouvement de l’impureté, les scientifiques ont montré qu’elle imite une particule anyonique, affichant des propriétés quantiques non conventionnelles par son couplage intense avec le gaz unidimensionnel environnant.

Ce cadre expérimental ouvre des perspectives pour l’étude des anyons dans des gaz quantiques hautement contrôlés. Au-delà de la recherche fondamentale, ce résultat est particulièrement prometteur, car certains types d’anyons sont envisagés comme une clé du calcul quantique topologique—une approche révolutionnaire pouvant surpasser les limitations actuelles des processeurs quantiques.