En physique quantique, le vide n'est pas totalement vide. Il est traversé en permanence par de minuscules fluctuations, comme de très faibles vibrations. Ces mouvements restent généralement invisibles. Mais dans certaines conditions, ils peuvent être amplifiés et donner naissance... à des particules.
Ce mécanisme, appelé amplification paramétrique, peut être comparé à un phénomène simple. C'est comme une balançoire à laquelle on donne des impulsions régulières au bon moment. Le mouvement s'amplifie progressivement. Ici, ce sont les fluctuations du vide qui sont "poussées" jusqu'à devenir observables.
Pour tester cette idée, les scientifiques ont utilisé un gaz d'atomes d'hélium refroidi à une température extrêmement basse, proche du zéro absolu. À ce niveau de froid, la matière adopte un comportement très particulier, régi par les lois quantiques.
Le gaz est maintenu en place grâce à des faisceaux laser. En faisant varier l'intensité de l'un de ces lasers de manière régulière, les chercheurs provoquent une vibration contrôlée du système. Cette oscillation agit comme les impulsions sur la balançoire et amplifie certaines fluctuations.
Résultat: des excitations apparaissent dans le gaz. On les appelle des phonons, que l'on peut voir comme de petites "vagues" d'énergie se propageant dans le milieu, et sont assimilés à des "quasi-particules". Mais une difficulté subsiste: certaines de ces excitations peuvent aussi venir de la température résiduelle du gaz, même très faible.
Pour s'assurer qu'elles proviennent bien du vide quantique, les chercheurs ont cherché une signature spécifique. Ils ont montré que ces phonons apparaissent par paires étroitement liées, dans un phénomène d'intrication quantique. Cela signifie que leurs propriétés sont fortement corrélées, d'une manière impossible à expliquer avec la physique classique.
Distribution des vitesses observée: le pic central correspond au condensat, tandis que les deux pics latéraux représentent les excitations créées, se propageant en sens opposé. Un schéma illustre aussi leur intrication quantique.
Crédit: V. Gondret et al., 2025 American Physical Society Cette observation est importante, car elle confirme que les fluctuations du vide ont bien servi de point de départ. Jusqu'ici, cette intrication avait été prédite par la théorie, mais jamais observée directement dans ce type de système.
Au-delà de cette démonstration, l'expérience ouvre de nouvelles perspectives. En augmentant le nombre de ces excitations, les chercheurs pourront étudier comment elles interagissent entre elles. Ce comportement collectif reste encore difficile à décrire avec les outils théoriques actuels.
Ces travaux intéressent aussi les cosmologistes. En effet, des mécanismes similaires pourraient s'être produits juste après le Big Bang, lorsque l'Univers était en pleine expansion et que des particules sont apparues à partir de fluctuations initiales.
Ce type d'expérience agit donc comme un modèle miniature du cosmos. En recréant ces conditions en laboratoire, les scientifiques disposent d'un outil précieux pour mieux comprendre des phénomènes qui se sont déroulés à l'origine de notre Univers.
Cette avancée est décrite dans la revue
Physical Review Letters.