Des bosons transformés en anyons dans un gaz quantique !

La nature classe les particules en deux catégories fondamentales : les fermions et les bosons. Tandis que les particules formant la matière, telles que les quarks et les électrons, appartiennent à la famille des fermions, les bosons jouent généralement le rôle de vecteurs de force—exemples notables : les photons, qui médient les interactions électromagnétiques, et les gluons, responsables des forces nucléaires.

Cependant, dans les systèmes de basse dimension, une nouvelle classe de particules fascinantes apparaît : les anyons—ni fermions ni bosons. Contrairement aux particules traditionnelles, les anyons n’existent pas de manière indépendante mais surgissent sous forme d’excitations au sein d’états quantiques de la matière. Ce phénomène est comparable aux phonons, qui se manifestent sous forme de vibrations dans une corde tout en se comportant comme de véritables « particules sonores ». Si les anyons ont déjà été observés dans des milieux bidimensionnels (2D), leur présence dans des systèmes unidimensionnels (1D) est restée insaisissable—jusqu’à aujourd’hui. 

Une étude publiée dans la revue Nature rapporte la première observation d’un comportement anyonique émergent dans un gaz bosonique ultra-froid unidimensionnel. Cette recherche résulte d’une collaboration entre le groupe expérimental de Hanns-Christoph Nägerl à l’Université d’Innsbruck (Autriche), le théoricien Mikhail Zvonarev à l’Université Paris-Saclay, et le groupe théorique de Nathan Goldman au Collège de France (Paris) et à l’Université Libre de Bruxelles (Belgique). L’équipe de recherche a accompli cette prouesse en injectant et en accélérant une impureté mobile au sein d’un gaz bosonique fortement interactif, analysant méticuleusement sa distribution de quantité de mouvement. Leurs résultats montrent que l’impureté imite une particule anyonique, affichant des propriétés quantiques non conventionnelles par son couplage intense avec le gaz 1D environnant.

Ce cadre expérimental d’une élégante simplicité ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude des anyons dans des gaz quantiques hautement contrôlés. Au-delà de la recherche fondamentale, ces études sont particulièrement prometteuses, 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.         

Cette découverte marque une avancée cruciale dans l’exploration de la matière quantique, éclairant d’un jour nouveau le comportement exotique de certaines particules qui pourraient façonner l’avenir des technologies quantiques.

Pour en savoir plus : https://www.nature.com/articles/s41586-025-09016-9