Des physiciens découvrent le labyrinthe le plus complexe au monde

Dans un labyrinthe même relativement simple, il vaut mieux n’être ni impatient, ni claustrophobe. Mais nul doute que celui-ci aurait raison de n’importe qui. Dans Physical Review X, une équipe de physiciens a découvert par hasard une forme de labyrinthe d’une complexité hors du commun, et elle se trouve à l’échelle de l’infiniment petit, a repéré ScienceAlert le 2 juillet 2024.

Car ce labyrinthe est présent dans une forme spécifique de cristaux, les « quasi-cristaux », qui ont la particularité de présenter une disposition complexe, imprévisible, de la symétrie de leurs atomes. Résultat, les quasi-cristaux peuvent contenir des types de symétries qui seraient impossibles dans des cristaux normaux.

Un labyrinthe contre le changement climatique

Les physiciens à l’œuvre dans cette étude étaient mus par un objectif : trouver, à l’aide d’un algorithme, le chemin le plus rapide d’un atome vers un autre, au sein de la disposition étrange des quasi-cristaux. En clair, il faut imaginer que l’atome A est séparé de l’atome B par un dédale de routes partant dans tous les sens — comme dans une ville très mal agencée. L’algorithme a ici pour but de trouver quel chemin prendre pour aller de l’un à l’autre, et ce, le plus rapidement possible. Mais il n’y a pas que deux atomes dans un quasi-cristal. Or, l’objectif de l’étude était de relier tous les atomes — toujours par le chemin le plus rapide.

« Lorsque nous avons examiné les formes des lignes que nous avons construites, nous avons remarqué qu’elles formaient des labyrinthes incroyablement complexes. La taille des labyrinthes augmentait de façon exponentielle — et il y en avait un nombre infini », indique le Dr Felix Flicker, maître de conférences en physique à l’université de Bristol.

Normalement, avec un nombre infini de labyrinthes aussi complexes, cela devrait être impossible à résoudre à grande échelle. Cependant, pas ici : avec l’algorithme, les auteurs ont pu établir toutes les meilleures routes labyrinthiques. « C’était très surprenant, car ce problème en général est connu pour être essentiellement impossible à résoudre (…). » La solution, finalement simple, est similaire à celle du chevalier dans les échecs — ne visiter qu’une seule fois chaque point puis retourner à case départ et ainsi de suite.

Reste la question du pourquoi, et elle est étonnamment concrète : en solutionnant ces labyrinthes à l’échelle atomique, on accélère potentiellement des processus chimiques qui servent au quotidien, comme dans l’industrie. En l’occurrence, les auteurs estiment prouver que les quasi-cristaux ont des facultés absorbantes supérieures à d’autres matières.

Ils expliquent ainsi qu’ils pourraient avoir utilité dans la lutte contre le réchauffement du climat. Comment ? En permettant d’absorber, puis de stocker, le dioxyde de carbone (CO2) superflus dans l’atmosphère — (l’excès de CO2, provoqué par les activités humaines, étant l’un des processus à l’œuvre du dérèglement climatique).