Dans l'échelle Kelvin, concernant les températures, la plus petite valeur possible est 0. Une température de 0 kelvin correspond à -273.15 °C et représente la valeur la plus basse théoriquement possible, elle est donc appelée le "zéro absolu" et caractérise une absence totale de mouvement à l'échelle atomique: la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. Elle occupe de l'espace et...) est figée.

Et pourtant, une équipe allemande de chercheurs de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Peirce[1], un philosophe américain a défini 1891...) Ludwig-Maximilian et du Max Planck Institut, à Munich, déclare avoir obtenu expérimentalement un gaz (Au niveau microscopique, on décrit un gaz comme un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi indépendants (pour plus de détails, voir gaz réels).) ayant une température (La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de son énergie thermique. Elle est définit par l'équilibre de transfert de chaleur avec...) qui par définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les...) est inférieure au zéro absolu.

Pour comprendre comment les chercheurs sont arrivés à cet état de la matière (Bien que le concept de phase soit simple, il est difficile de le définir précisément. Une bonne définition de la phase d'un système est « une région de l'espace des paramètres thermodynamiques du système dans...), on peut imaginer de l'eau (L’eau (que l'on peut aussi appeler oxyde de dihydrogène, hydroxyde d'hydrogène ou acide hydroxyque) est un composé chimique simple, mais avec des propriétés complexes à cause...) en train (En transport ferroviaire, un train consiste en une suite de véhicules qui circulent le long de guides pour transporter des voyageurs ou des marchandises d'un point à un autre. Ces...) de bouillir. Pour faire bouillir de l'eau, on ajoute de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). L'énergie cinétique (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement. L’énergie cinétique d’un corps est égale au travail nécessaire pour faire passer...) globale des molécules d'eau augmente, ces dernières se déplacent donc en moyenne (Il y a plusieurs façon de calculer une moyenne d'un ensemble de nombres. Celle qu'il convient de retenir dépend de la grandeur physique que représentent ces nombres. Lorsque, dans le langage courant, on parle de moyenne, on évoque en fait...) de plus en plus rapidement. Individuellement, les molécules ne possèdent pas toutes la même vitesse (La vitesse est une grandeur physique qui permet d'évaluer l'évolution d'une quantité en fonction du temps.), certaines sont plus rapides que d'autres, et comme la nature favorise les états d'énergie les plus faibles, seulement une petite proportion des molécules possède une très grande vitesse, et le restant des molécules garde une vitesse faible. C'est ce qui est décrit mathématiquement par la distribution de Boltzmann, ou équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation...) de Boltzmann.

Les scientifiques déclarent avoir expérimentalement inversé la distribution de Boltzmann: dans leur gaz, une grande proportion des particules s'est retrouvée avec une grande énergie, et la petite proportion restante une faible énergie. Cette inversion de la distribution d'énergie peut s'interpréter comme une température absolue négative. Bien sûr, le gaz est dans ce cas non pas plus froid que 0 kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms d'unité sont des noms communs et s'écrivent...), mais extrêmement chaud. Selon Ulrich Schneider, "le gaz est tellement chaud, arrivant à une limite de température positive, l'échelle des températures n'augmente alors pas jusqu'à l'infini mais bascule (Une bascule ou un basculeur est un circuit intégré logique doté d'une sortie et d'une ou plusieurs entrées. La sortie peut être au niveau logique 0 ou 1. Les...) en territoire négatif."

Il peut paraître étrange qu'une température absolue négative soit plus chaude qu'une température positive, mais selon les chercheurs il s'agit uniquement de la conséquence de la définition que nous avons de la température absolue. Si nous définissons différemment la notion de température absolue, alors la contradiction (Une contradiction existe lorsque deux affirmations, idées, ou actions s'excluent mutuellement.) disparaît.

Pour leur expérience, les chercheurs ont d'abord refroidi une centaine de milliers d'atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué d'un noyau...) dans une chambre à vide (Le vide est avant tout un concept philosophique. Il désigne l'absence de matière.) à une température de quelques milliardièmes de kelvin et les ont capturés dans un piège optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière et de ses relations avec la vision.) fait avec des rayons lasers. Les atomes, piégés, ont alors leur énergie cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) possédant une limite supérieure. La température n'est plus définie comme l'énergie cinétique, mais l'énergie totale des particules, qui inclue interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) et énergie potentielle. Le système possède une limite supérieure à cette énergie totale.

Les chercheurs ont ensuite amené une majorité d'atomes à cette limite supérieure, réalisant une inversion de la distribution de Boltzmann et par conséquent une température négative de quelques milliardièmes de kelvin selon la définition actuelle de la température absolue. Dans cet état, le système est stable.

Cette température induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) des conséquences qui peuvent paraître absurdes, comme une attraction qui s'opère entre les atomes dans le gaz mais sans provoquer d'effondrement, similaire à une pression (La pression est la force exercée sur une surface donnée.) négative.

Les conséquences de cet état, interprété comme une température inférieure au zéro absolu, pourraient permettre de comprendre l'énergie noire, cette force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale »...) encore mystérieuse résistant à la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) dans l'Univers (On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant ou non, selon les philosophies, les choses immatérielles) et les lois qui le régissent. Si l'on suppose qu'il y a...), allant jusqu'à accélérer son expansion. Ces effets 'absurdes' observés dans l'expérience des chercheurs allemands sont en effet par certains aspects similaires à ce qui est observé dans le cadre de l'énergie noire.