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Posté par Michel le Mercredi 18/03/2009 à 00:00
Des photons pris en flagrant délit
Est-il possible d'immobiliser une flèche en plein vol, rien qu'en la regardant fixement ? Drôle de question. C'est pourtant, en substance, ce que viennent de réaliser à l'échelle quantique des scientifiques, avec un puits de lumière dans le rôle de la flèche. Les chercheurs du laboratoire Kastler Brossel (LKB) (1) ont en effet fabriqué un puits qui cesse de s'emplir de lumière dès qu'on regarde dedans de façon répétée. Autrement dit, ils sont parvenus à figer la lumière en l'observant (2) !

Ce qui n'est pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.) qu'une pure curiosité de laboratoire représente néanmoins un véritable exploit. Pour le réaliser, Michel Brune et ses collègues ont tiré profit de l'« effet Zénon ». Cet effet tient son nom d'un paradoxe (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un raisonnement qui, bien que sans faille apparente,...) de l'Antiquité: si une flèche vole vers le talon d'Achille, à un instant donné, elle est sûrement quelque part, donc à cet instant elle ne bouge pas. Mais puisqu'elle ne bouge pas, elle devrait ne plus avancer et donc ne jamais atteindre sa cible. Le philosophe grec Zénon avait inventé ce paradoxe pour montrer aux hommes la difficulté à manipuler les notions de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et d'espace.

Quel lien avec la mécanique quantique ? D'après les lois quantiques, si l'on effectue une mesure sur un système physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de...) à l'échelle quantique, le système « gèle » momentanément dans un état donné. Imaginons qu'on puisse réaliser plusieurs mesures à des intervalles de temps ultracourts, alors le système sera emprisonné dans l'état en question, exactement comme la flèche du paradoxe était « bloquée » dans une position précise le long de sa trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.). Ce qui était un paradoxe dans notre monde (Le mot monde peut désigner :) de tous les jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport...) est ainsi devenu un phénomène physique: l'effet Zénon.

Le puits de lumière auquel les physiciens ont transposé ce principe est une cavité micro-onde (Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques de longueur d'onde intermédiaire entre l'infrarouge et les ondes de radiodiffusion. Le terme de micro-onde provient du fait que ces ondes ont une longueur d'onde plus...), une sorte de boîte réfléchissante censée s'emplir de photons dès qu'elle baigne dans un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) micro-onde. Et effectivement, dès qu'ils ont plongé la cavité dans un tel champ, les chercheurs ont vu, via un jet 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...) qui fait office de sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour...) et qui traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre...) le puits, la cavité se peupler, petit à petit, de photons. Rien de plus normal, donc.

Mais tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) a changé lorsqu'ils ont raccourci l'intervalle de temps entre deux recensements du peuplement en photons. Pour un intervalle de 0,2 seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du...), le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de photons a cessé d'évoluer. En somme, en regardant fréquemment le puits, les chercheurs venaient de figer son état. Un, deux, trois, soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique,...), version physique quantique !

Si l'effet Zénon est une curiosité de laboratoire, les techniques expérimentales développées pourraient avoir des retombées en informatique quantique (L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des ordinateurs quantiques utilisant des phénomènes de la mécanique quantique, par opposition à ceux de l'électricité...). Ainsi, les parois de la cavité sont si bien polies qu'un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées...) micro-onde qui entre dans le puits y reste piégé en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient...) 0,13 seconde ! Une « stabilité » recherchée par les spécialistes de l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec...) quantique.


Notes:

(1) Laboratoire CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / Université Paris-VI / ENS Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la...).
(2) Résultat publié dans Physical Review Letters.


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Source: CNRS