Dans un laboratoire d'Okinawa, des scientifiques ont pour la première fois amené des spins quantiques d'électrons à déplacer un objet d'un centimètre. Un diamant, suspendu au-dessus d'une plaque de graphite, s'est déplacé de cent nanomètres — une distance comparable à un millième de l'épaisseur d'un cheveu humain. Ce n'est pas un simple tour de force technique : l'expérience montre comment les forces du micromonde peuvent influencer des choses que nous avons l'habitude de considérer comme classiques et soumises à la gravité.
L'équipe de l'Institut des sciences et technologies d'Okinawa a utilisé des défauts particuliers dans le cristal de diamant — les centres azote-lacune. Ces défauts permettent de contrôler les spins des électrons au moyen de la lumière laser. La plaque de graphite lévitait au-dessus d'un échiquier d'aimants grâce au diamagnétisme, tandis qu'un diamant pesant quelques milligrammes était suspendu en dessous. La masse totale du système est d'environ 128 milligrammes.
Lorsque le laser illuminait le diamant par impulsions, les spins des électrons créaient de minuscules oscillations magnétiques. Ces oscillations se transformaient en une force mécanique qui poussait tout l'objet de haut en bas. Le mouvement était enregistré par un interféromètre. Dans l'air, le déplacement atteignait cent nanomètres, dans le vide jusqu'à un micromètre et demi. Il est important que la force provienne précisément d'un effet quantique, et non de la chaleur ou des vibrations.
Auparavant, on ne parvenait à observer les forces de spin que sur des atomes isolés. Désormais, la frontière entre les mondes quantique et classique s'est déplacée de huit à neuf ordres de grandeur en masse. L'objet est déjà suffisamment grand pour que la gravité agisse sensiblement sur lui — cela ouvre la voie à une vérification : la gravité obéit-elle aux règles quantiques ?
L'expérience a été menée à température ambiante, en utilisant la longue cohérence des spins dans les centres NV. Les scientifiques soulignent qu'il s'agit d'un pas du grand vers le petit. De même que la lévitation diamagnétique fait s'élever les trains à sustentation magnétique, ici elle a permis d'isoler le système des perturbations extérieures et d'observer une réponse quantique pure.
À terme, la méthode aidera à créer des superpositions macroscopiques — des états où un objet se trouve simultanément en deux endroits. Les chercheurs espèrent s'approcher de l'échelle du « chat de Schrödinger » et construire des capteurs ultraprécis pour la recherche de la matière noire ou des ondes gravitationnelles. Pour l'instant, le mouvement reste classique, mais il est provoqué par une force quantique.
Le travail est publié dans Science Advances. Il montre que la frontière entre les mondes n'est pas aussi infranchissable qu'elle le semblait, et que chaque nouveau centimètre nous rapproche de la compréhension de la structure de la réalité.
