Deux électrons, une danse : première observation des états pendulaires-planétaires

Le mouvement collectif de deux électrons autour du noyau fascine les physiciens depuis les débuts de la mécanique quantique. Bien qu’il n’existe pas de solution numérique exacte à ce problème, de nombreux calculs approximatifs ont montré que le subtil équilibre entre les différentes interactions coulombiennes donne lieu à des orbites où les deux électrons peuvent se corréler de manière inattendue. Cependant, de telles orbites avaient jusqu’à présent échappé à toute observation expérimentale directe.

Les groupes de Matthieu Génévriez (UCLouvain) et Ulli Eichmann (Institut Max Born, Berlin) a conduit à la première observation d’états doublement excités dans lesquels les deux électrons se déplacent loin du noyau de façon coordonnée. Tel un pendule, l’un des électrons oscille d’un côté à l’autre du noyau tandis que l’autre reste localisé à grande distance, formant ce qu'ils appellent désormais un état pendulaire-planétaire.

Cette découverte ouvre une nouvelle fenêtre sur la manière dont des systèmes quantiques simples comportant plus de deux particules peuvent manifester un comportement collectif complexe. Ce phénomène devrait être une caractéristique générale des atomes et des molécules.

L'article relatant la découverte est publié dans le Physical Review Letters et également disponible en accès libre sur arxiv