Des impulsions laser et des faisceaux de neutrons ont mis en évidence dans un matériau magnétique un état quantique qui enfreint la règle habituelle de l'équilibre détaillé et persiste à basse énergie au lieu de disparaître rapidement.
Des chercheurs du Laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) du ministère de l'Énergie des États-Unis, avec leurs collègues, ont mené une expérience sur un matériau où des quasi-particules quantiques — les magnons — sont responsables des propriétés magnétiques. Ils ont utilisé de rapides impulsions laser pour sortir le système de l'équilibre, puis ont appliqué la diffusion des neutrons sur la source Spallation Neutron Source de l'ORNL pour étudier en détail l'image microscopique. Les résultats, publiés dans Nature Communications en novembre 2026, ont montré une violation de l'équilibre détaillé : dans l'état ordinaire, l'énergie est absorbée et émise de façon symétrique, mais sous l'effet du laser, les signaux neutroniques sont devenus asymétriques, avec un excès dans une seule direction.
Le plus surprenant, c'est que cet état s'est révélé à longue durée de vie. L'excès de magnons ne disparaissait pas rapidement, comme lors d'un échauffement bref, mais était entretenu par des impulsions laser périodiques, formant un état hors équilibre stable. Imaginez un flux de particules qui, au lieu de revenir en arrière, continue d'avancer dans une seule direction, comme une rue à sens unique où le mouvement n'est pas équilibré par un flux inverse.
L'équipe dirigée par Chengyun Hua, incluant Barry Winn et Alan Tennant, a passé des années à développer une infrastructure spéciale pour de telles mesures. Auparavant, personne n'avait sondé directement la violation de l'équilibre détaillé dans un milieu condensé, et l'expérience a confirmé les prédictions théoriques dans la pratique.
Cette découverte crée une plateforme pour étudier en temps réel des systèmes quantiques loin de l'équilibre. Elle aide à comprendre comment contrôler les matériaux magnétiques pour les technologies quantiques, en réduisant les pertes d'information lors de la transmission et en améliorant les dispositifs de mémoire. La méthode établit également une nouvelle norme pour la diffusion neutronique sous action active sur le matériau.
Les résultats, publiés dans Nature Communications, fournissent une base expérimentale pour les futures recherches sur les matériaux quantiques et leurs applications dans les technologies de l'information.
