La science a ses limites théoriques. La vitesse de la lumière représente une vitesse limite inatteignable pour un système physique, et il existe une limite inférieure inatteignable pour la température d'un système physique introduite par Kelvin : 0 K c’est le zéro absolu. Soit exactement -273,15 °C.

Inutile d’envisager que votre réfrigérateur américain dernier cri avec mini bar, distributeur de glaçons et filtre a eau puisse atteindre cette performance, et c’est tant mieux d’ailleurs !

Car dans le cadre de la physique classique cela signifie une absence totale de mouvement à l’échelle atomique.

Au zéro absolu plus rien ne bouge ! On ne va pas en dessous ! On ne circule pas, on ne passe pas ! Et pourtant…

Et pourtant, les physiciens savent qu'il existe un monde sous le zéro absolu. Un univers ultra gelé dans lequel des chercheurs allemands de l'université de Munich et de l'institut Max Planck de Garching ont réussi à se rendre.

Honnêtement, pour véritablement comprendre l’exploit il vaut mieux être physicien, mais je peux essayer de simplifier la tache en vous donnant une courte explication sur ce qu’est la … thermodynamique de la température. 

La thermodynamique de la température

Alors, les atomes peuvent être dans différents états énergétiques.

«En prenant la métaphore de l'escalier, chaque atome est situé sur une marche», explique Henri Godfrin, directeur de recherche au département des basses températures de l'Institut Néel (CNRS-UJF Grenoble).

La température d'un système est la quantification de la distribution des éléments qui le constituent sur cet escalier. Imaginez que lorsque vous avez tous les atomes sur la première marche, c’est le zéro absolu.

 «Lorsqu'on chauffe le système, un nombre croissant d'atomes montent des marches». C’est lorsqu'on parvient à un système où il y a plus d'atomes sur la plus haute marche de l'escalier que sur la plus basse, que l’on bascule dans le domaine des températures thermodynamiques négatives. 

Mais dans la réalité  , il n'y a pas «de plus haute marche sur l'escalier». Tout se passe comme si les atomes pouvaient grimper sans fin. On se retrouve donc toujours, dans la vie courante, avec une distribution pyramidale dans laquelle il y a beaucoup d'atomes au pied de l'escalier et de moins en moins au fur et à mesure que l'on monte. Que des systèmes à températures positives donc.

Pour avoir un système à température négative, il faut mettre en place une sorte de couvercle théorique. Des physiciens avaient déjà réussi à créer des systèmes dans lesquels il existait cette «marche supérieure». Le problème c’est qu’elle ne pouvait être composée que de particules magnétiques, un cas particulier intéressant mais très spécial.

Cette fois-ci, les physiciens allemands ont réussi à créer un dispositif non magnétique avec une borne énergétique supérieure grâce à un système de lasers et d'atomes ultrafroids.

Un exploit scientifique ! Qui pour l’instant… Ne sert à rien. Il n’y a pas d’applications concrètes à cette performance de laboratoire. 

Mais qui peut prédire quelle découverte  finit par déboucher sur des révolutions technologiques ? Les températures négatives, qui permettent en théorie des moteurs dont le rendement dépasse 100%, conduiront peut-être  un jour à bouleverser notre quotidien.