L’interférence quantique entre des particules dissemblables offre une nouvelle approche pour cartographier les gluons dans les noyaux et potentiellement exploiter l’intrication. —

Cette technique est similaire à la façon dont la tomographie par émission de positrons (TEP) scanne l’image du cerveau et d’autres parties du corps, mais elle fonctionne à l’échelle des femtomètres – des quadrillionièmes de mètre. Cela aidera les scientifiques à comprendre comment les gluons construisent la structure des protons, des neutrons et des atomes qui composent la matière visible. La mesure d’interférence quantique se fait entre des particules dissemblables qui s’éloignent de plusieurs mètres dans le détecteur STAR. Cette découverte pourrait conduire à de nouvelles façons d’exploiter l’intrication quantique. Presque toutes ces tentatives à ce jour, y compris dans le domaine de l’informatique quantique, ont exploré l’intrication entre des particules identiques.

Cette recherche a utilisé le Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), une installation utilisateur du Department of Energy Office of Science qui accélère et fait entrer en collision les noyaux d’atomes tels que l’or. Ces noyaux rapides sont entourés d’un nuage de photons polarisés — des particules de lumière. Grâce à une série de fluctuations quantiques, les photons entourant un ion accéléré peuvent interagir avec les gluons de l’autre. En suivant la vitesse et les angles auxquels certaines particules émergent de ces interactions, les scientifiques peuvent mesurer très précisément la polarisation des photons. Cela leur permet de cartographier la distribution des gluons à la fois le long de la direction de polarisation et perpendiculairement à celle-ci, ce qui donne une distribution des gluons plus précise que celle mesurée précédemment.

Pour effectuer ces mesures, les scientifiques ont suivi deux pions, l’un avec une charge positive, l’autre avec une charge négative. Chacune est constituée des fonctions d’onde combinées des particules issues d’un processus de désintégration qui se produit à l’intérieur de chacun des deux noyaux passant à une “longue” distance (pour les noyaux). Les modèles d’interférence entre les fonctions d’onde de ces particules ont indiqué que les particules chargées de manière opposée frappant le détecteur STAR du RHIC sont enchevêtrées ou synchronisées les unes avec les autres. Cette toute première observation expérimentale d’interférences entre des particules dissemblables permet de mesurer la polarisation des photons et pourrait ouvrir de nouvelles voies pour exploiter l’intrication quantique.

Ce travail a été financé par le Department of Energy Office of Science, le programme de physique nucléaire, la National Science Foundation des États-Unis et une série d’agences internationales répertoriées dans l’article publié.