Les supraconducteurs transportent l'électricité sans résistance, un exploit que la plupart d'entre eux ne réalisent que quelques degrés au-dessus du zéro absolu - c'est-à-dire à des températures où l'« application pratique » reste un rêve lointain. À la fin des années 1980, on a découvert que des matériaux à base de cuivre appelés cuprates devenaient supraconducteurs à des températures plus élevées, atteignables avec de l'azote liquide bon marché. Près de 40 ans plus tard, les physiciens ne sont toujours pas d'accord sur la raison. Voilà ce qui arrive quand on découvre que quelque chose fonctionne avant de le comprendre - une situation familière à quiconque a déjà réparé un ordinateur en le redémarrant.

Dans une étude récente publiée dans Science, une équipe dirigée par Milan Allan de l'Université Ludwig-Maximilian de Munich et Ingmar Swart de l'Université d'Utrecht aux Pays-Bas a trouvé des réponses en écoutant le faible crépitement électrique du courant circulant dans un cuprate. Oui, ils ont littéralement écouté le bruit. Ce n'est pas tout à fait « éteins et rallume », mais c'est proche.

Au cœur du mystère se trouve un état étrange appelé pseudogap. « Le pseudogap est un phénomène d'électrons manquants », a déclaré Allan. Au-dessus de la température à laquelle les cuprates deviennent supraconducteurs, certains de leurs électrons semblent disparaître - les mesures en trouvent bien moins aux énergies où ils devraient se trouver. « Tout le monde sait que, selon différentes sondes, on voit ces électrons qui disparaissent, mais personne ne sait pourquoi », a déclaré Allan. C'est l'équivalent en physique de perdre ses clés et de les trouver au dernier endroit où l'on regarde, sauf que les clés sont des particules fondamentales et que le dernier endroit est un état quantique.

Au fil des décennies, les physiciens ont avancé deux explications concurrentes principales. La première suppose que les électrons se retrouvent coincés dans une sorte de structure - se figeant en motifs comme des ondes de densité de charge - et que la supraconductivité se développe séparément. L'alternative lie étroitement le phénomène à la supraconductivité. « D'autres pensent qu'ils manquent parce qu'ils forment des paires », a déclaré Allan. Les paires d'électrons, appelées paires de Cooper, sont ce qui transporte le courant dans un supraconducteur. Si ces paires apparaissent avant que le matériau ne devienne supraconducteur, elles seraient une condition préalable à la supraconductivité - une sorte de salle d'attente où les paires existent mais ne peuvent pas encore se déplacer à l'unisson. Imaginez une piste de danse où tout le monde a un partenaire mais où personne ne s'accorde sur la chorégraphie.

Résoudre cette question s'est avéré extrêmement difficile. « Beaucoup de signatures expérimentales différentes sont en quelque sorte regroupées là-dedans », a déclaré Allan. Différents instruments voient tous quelque chose, mais leurs lectures, selon Allan, ne sont jamais concluantes. « C'est toujours quelque chose d'un peu incohérent, difficile à saisir », a-t-il dit. Ce dont les chercheurs avaient besoin, c'était d'un moyen de voir les paires directement, et Allan et ses collègues ont trouvé comment.

L'équipe a décidé d'écouter le bruit de grenaille - les minuscules fluctuations causées par l'arrivée de charges individuelles qui forment le flux d'un courant électrique. Allan dit que cela ressemble à la pluie tambourinant sur le toit. « Si vous imaginez que vous avez des gouttes de pluie et que soudain vous rendez les gouttes deux fois plus lourdes, il y aura plus de bruit », a déclaré Allan. « Avec les électrons, c'est similaire. Si vous avez deux électrons qui arrivent toujours ensemble, parce qu'ils sont associés en paires, alors il y aura plus de bruit. » Alors la prochaine fois que quelqu'un se plaint d'un appareil électronique bruyant, dites-lui que ce sont peut-être simplement des électrons qui s'apparient.

Les chercheurs ont effectué cette mesure avec un microscope à effet tunnel, qui faisait passer un courant entre une pointe acérée comme une aiguille et un échantillon de cuprate, leur permettant d'écouter le bruit à des niveaux d'énergie spécifiques et à différents endroits de la surface. Dans les supraconducteurs conventionnels, l'appariement produit un doublement net du bruit. Dans les cuprates, le signal est beaucoup plus faible, car des électrons célibataires continuent de circuler aux côtés des paires. C'est comme essayer d'entendre un duo dans une pièce bondée où la plupart des gens chantent en solo.

Rendre l'instrument suffisamment sensible pour discerner les paires a pris des années. « Ce qu'il a fallu, ce sont des étudiants très talentueux et persévérants qui ont travaillé pendant, je ne sais pas,