Un grain de métal de 10 000 atomes a été placé dans deux endroits à la fois

Des physiciens ont placé une particule métallique formée de jusqu’à 10 000 atomes dans un état où elle occupait simultanément deux positions légèrement décalées. L’agrégat est à peine visible — environ huit nanomètres — mais bien plus grand et bien plus lourd que tout ce qui avait été placé jusqu’ici dans une superposition quantique vérifiée. Pour la première fois, l’étrangeté de manuel d’ordinaire réservée aux atomes seuls et aux petites molécules est démontrée sur un véritable morceau de métal solide.

Une superposition quantique est la situation dans laquelle une particule se comporte, tant qu’elle reste isolée de son environnement, comme si elle se trouvait à plus d’un endroit à la fois. L’image populaire est le chat de Schrödinger, mais la version de laboratoire est plus sobre et plus parlante : on envoie la particule à travers un dispositif d’obstacles précis et on regarde la figure où elle atterrit. Si elle interfère avec elle-même, c’est qu’elle est passée par deux chemins. Sinon, elle s’est comportée comme un objet classique.

Les agrégats de sodium utilisés pèsent plus de 170 000 unités de masse atomique, ce qui place la particule environ un ordre de grandeur au-delà de l’objet le plus lourd jamais mis dans cet état. L’étalement de la superposition était des dizaines de fois plus large que la particule elle-même, un régime que les physiciens quantifient par un indice appelé macroscopicité, où le résultat atteint μ = 15,5.

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L’expérience a été menée par des équipes de l’Université de Vienne et de l’Université de Duisbourg-Essen, avec le doctorant Sebastian Pedalino comme premier auteur et Markus Arndt, Stefan Gerlich et Klaus Hornberger comme responsables. La technique s’appelle interférométrie d’ondes de matière en champ proche. Trois réseaux de diffraction formés par des faisceaux laser ultraviolets jouent le rôle d’obstacles. Les agrégats les traversent à la suite, et la façon dont ils s’accumulent sur le détecteur dit à l’équipe si chacun a voyagé comme une onde — en deux endroits à la fois — ou comme une particule ordinaire.

L’objet de l’expérience n’est pas de produire une nouvelle technologie. C’est de continuer à pousser la frontière où la mécanique quantique a été testée et où elle pourrait céder. Toutes les prédictions de la théorie ont tenu jusqu’ici, mais la théorie n’explique pas pourquoi les objets classiques de la vie courante ne semblent jamais être à deux endroits à la fois. Étirer le régime vers des objets plus lourds et plus complexes affine cette question, et un éventuel échec de l’interférence à une certaine échelle de masse serait une preuve directe d’une physique nouvelle.

Le résultat a des limites. Le signal d’interférence n’apparaît qu’à des températures ultracold et seulement pendant environ un centième de seconde de vol libre dans l’appareil, avant que le gaz résiduel, le rayonnement et le mouvement thermique ne détruisent la cohérence. Les agrégats restent microscopiques au sens courant. Et l’expérience repose sur des hypothèses concernant les réseaux optiques et la source d’agrégats que l’équipe doit défendre contre des explications alternatives, ce que l’évaluation par les pairs a en partie examiné.

Comparé à où le domaine en était il y a une vingtaine d’années, lorsque l’interférence a été montrée pour la première fois sur la molécule de carbone à 60 atomes appelée buckyball, le résultat actuel est spectaculaire. Le saut en masse est d’environ deux ordres de grandeur au-dessus de ces premières démonstrations et la macroscopicité est dans une proportion comparable. Chaque pas vers des objets de la taille et de la complexité d’un virus ou d’une cellule vivante est aussi un pas vers le point où l’intuition cesse d’être un guide utile.

Le travail a paru en mai 2026 dans Nature. Les équipes de Vienne et de Duisbourg-Essen ont indiqué que leur prochaine phase visera des particules encore plus grandes et différentes compositions matérielles — la montée naturelle dans cette ligne d’expériences — et exploreront si la technique d’ondes de matière peut servir de capteur de précision pour les forces et les propriétés à l’échelle nanométrique.

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