jeudi , 17 août 2017

L'étrangeté quantique pourrait avoir une réalité ordonnée après tout

Souvent écartée comme un membre de la famille indésirable, une théorie de la mécanique quantique vieille de 64 ans revient au-devant de la scène pour rivaliser avec ses grandes soeurs. Si elle est confirmée, alors elle pourrait supporter l’idée que l’univers est improbablement interconnecté via de grandes distances.


L'étrangeté quantique pourrait avoir une réalité ordonnée après tout
La théorie, par le physicien David Bohm, revient à la vie après que des chercheurs aient mené des expériences qui semblent prouver certains de ses aspects. Le comportement du monde quantique embrouille les scientifiques depuis près d’un siècle. Nous avons des génies qui travaillent sur la mécanique quantique et nous avons toujours un problème selon Basil Hiley, physicien quantique au Birkbeck College à l’université de Londres. Ce chercheur a travaillé avec Bohm jusqu’à la mort de ce dernier en 1992. Contrairement au monde classique, avec sa précision d’horloge et sa douce prévisibilité, le monde quantique est rempli de concepts aléatoires.

Les bases de l’étrangeté quantique

La meilleure illustration est les Fentes d’Young (PDF) : Si vous lancez des photons dans 2 fentes, notre intuition classique espère que chacun va passer par l’une ou l’autre fente et frapper un écran sur l’autre coté. Cela permet d’avoir une marque indicative de sa nature de particule. Mais quand vous le faites, alors les photons créent un pattern d’interférence de bandes blanches et noires sur l’écran comme si chaque photon se comportait comme une onde et qu’il soit passé dans les 2 fentes en même temps.

L’explication dominante d’un tel comportement s’appelle l’interprétation de Copenhague. Cette interprétation postule qu’il est inutile de dire qu’un photon est une particule ou une onde jusqu’à ce que vous faites la mesure. Et il se comporte comme une onde ou une particule selon la propriété que vous voulez mesurer. L’autre explication rivale est l’interprétation de mondes parallèles. Chaque état du photon devient manifeste dans un monde parallèle.

Chaque chose influence chaque chose

Mais en 1952, Bohm a suggéré que le monde quantique semble étrange uniquement parce que nous ne connaissons pas sa réalité profonde. En dessous de l’étrangeté quantique, selon Bohm, la réalité est organisée. C’est une description très déterministe où toutes les particules dans la nature possèdent des positions définies et suivent des trajectoires définies selon Aephraim Steinberg de l’université de Toronto. De nombreuses expériences récentes ont suggéré qu’une telle réalité cachée n’existe pas. Cependant, ces expériences ont seulement écarté une série de théories dans laquelle la réalité cachée de n’importe quelle particule est locale et qu’elle n’est pas influencée par quelque chose de lointain.

Les idées de Bohm impliquent une réalité cachée non locale dans laquelle chaque chose dépend de chaque chose. Cela signifie que vous, un simple humain sur cette petite planète, êtes influencé par les galaxies lointaines et ces galaxies vous influencent d’une manière ou d’une autre même si l’effet est extrêmement minime.

Et sur le débat de dire qu’un électron est une onde ou une particule, la théorie de Bohm stipule que c’est les deux : Un électron est une particule avec une trajectoire définie, mais son chemin est gouverné par une onde qui est chevauchée par l’électron. L’onde peut être aussi influencée par les autres particules qui changent la trajectoire de l’électron en retour.

Le surréalisme quantique

Les mécaniques Bohmiennes n’ont pas été appréciées. Une expérience de 1992 semblait signer sa mort définitive. Intitulée ESSW à partir des initiales de ses 4 auteurs, cette expérience a refait les Fentes d’Young en se basant sur les concepts de Bohm. La mécanique quantique de Bohm stipule qu’un photon va forcément aller dans la fente du bas ou du haut, mais jamais par les deux. Guidés par leurs ondes, les photons du bas vont arriver sur la partie supérieure de l’écran et les photons inférieurs sur la partie inférieure.

L’expérience ESSW a ajouté un nouvel élément. Les chercheurs ont imaginé un détecteur en face des fentes qui pourrait dire si le photon allait dans la partie inférieure ou supérieure. Leur analyse mathématique a montré quelque chose de très étrange. Un photon pouvait déclencher le détecteur de la fente supérieure, mais il pouvait finir sur la partie inférieure de l’écran. Les chercheurs ont surnommé ce chemin comme une trajectoire surréelle ou surréalisme quantique même si les théoriciens de l’époque ont discuté de sa validité.

Bohm est de retour

Aujourd’hui, Steinberg et ses collègues ont refait l’expérience ESSW et ils ont conclu que Bohm est de retour dans la partie. Ils ont commencé avec des paires de photons intriqués. L’intrication quantique implique une connexion tellement forte que la mesure d’un état polarisé d’un photon va affecter la polarisation de l’autre indépendamment de leurs distances. Un photon de chaque pair a été envoyé dans un dispositif analogue à l’installation de la double fente.

Dépendant si sa polarisation était verticale ou horizontale, le photon était dirigé vers la partie inférieure ou supérieure. Quand il traversait le dispositif, les chercheurs ont mesuré délicatement sa position pour préserver sa nature quantique. Chaque mesure a donné une valeur approximative, mais en analysant un vaste ensemble de photons identiques, les chercheurs ont été capables de reconstruire la série de trajectoires que les photons ont suivies depuis la fente jusqu’à l’écran.

Le second photon de la paire est resté à l’extérieur de l’appareil à double fente. Il a permis aux chercheurs de l’utiliser comme une sonde qui est similaire au détecteur de l’expérience ESSW. À cause de son intrication, la polarisation du photon-sonde devait consciencieusement refléter la fente prise par son partenaire lorsque celui-ci est entré dans l’appareil. Et en effet, au début de la trajectoire, la polarisation du photon-sonde a précisément reflété le chemin de son partenaire.

L’équipe a continué à mesurer l’état du photon-sonde quand son partenaire accélérait à travers l’appareil et ils ont trouvé que la polarisation changeait continuellement. Par exemple, si le début était une polarisation verticale, alors son partenaire passait par la fente supérieure. Mais le temps que le partenaire atteignait l’écran, le photon-sonde avait terminé dans une superposition des 2 états. Il était polarisé verticalement ou horizontalement. Dépendant comment vous regardez l’état du photon-sonde, vous allez corriger ou non l’information de la trajectoire de son partenaire.

Le monde réel

L’équipe pense que cela signifie que la trajectoire du premier photon a changé la polarisation de la sonde qui correspond avec les idées de Bohm sur les interactions non locales. Cela pourrait résoudre le problème découvert dans la première expérience ESSW. ESSW a pensé que le problème se situait avec la trajectoire du photon, mais Steinberg et ses collègues ont montré que la trajectoire est réelle, mais que c’est le détecteur qui est un témoin non fiable. Je suis content avec cette solution, car il restaure mon gout pour les mécaniques Bohmienne. Nous voulons qu’il revienne à la place qu’il mérite parmi les autres théories quantiques. Hiley est impressionné par l’expérience. C’est une nouvelle manière de regarder la non-localité quantique qui justifie la position de Bohm.

Sheldon Goldstein, un expert dans les fondations de la mécanique quantique à l’université de Rutgers, estime que l’observation des trajectoires de la particule prédite par les mécaniques Bohmienne ne prouve pas que la théorie de la réalité cachée de Bohm soit correcte. On peut aussi les expliquer par d’autres théories. Mais Goldstein ajoute que ces changements sont les bienvenus. Après des décennies et des décennies, les gens commencent à considérer sérieusement Bohm. Il y avait un temps où les gens vous ricanaient au nez et vous ne pouviez même pas parler de Bohm parce qu’il était considéré comme un hérétique. À cette époque, votre carrière était finie si vous mentionnez Bohm, mais c’est en train de changer et cela prouve que les physiciens se sont beaucoup améliorés et qu’ils ont l’esprit plus ouvert qu’il y a 20 ans.

Source : Science Advances

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A propos de Jacqueline Charpentier

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Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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