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Posté par Michel le Vendredi 02/09/2011 à 00:00
Emprisonner un photon: le rêve d'Einstein surpassé
Pour la première fois une expérience de stabilisation constante d'un état quantique a été réalisée par une équipe du laboratoire Kastler Brossel (CNRS/ENS/Collège de France/UPMC-Université Pierre et Marie Curie) sous la direction de Serge Haroche(1). Les chercheurs ont réussi à maintenir un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) constant de photons au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des mammifères qui englobe...) d'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 courte celles de la bande...) de haute qualité. Ils décrivent les résultats de leur étude dans la revue en ligne Nature du 1er septembre 2011.

Le photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...), grain (En météorologie maritime: Un grain est un vent violent et de peu de durée qui s'élève soudainement et qui est généralement accompagné de précipitations. Il se produit...) élémentaire de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...), n'est usuellement observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire obtenir la valeur ou un intervalle de valeurs d'un paramètre...) que lorsqu'il disparaît. L'?il absorbe les photons en les détruisant et traduit cette information à mesure qu'elle est enregistrée. Malgré tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.), cette destruction n'est pas indispensable. Il y a 4 ans l'équipe du laboratoire Kastler Brossel a réussi une grande première: observer, des centaines de fois, un seul et même photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules...) micro-onde piégé dans une boîte.

Dans leurs nouveaux travaux, les chercheurs vont encore plus loin: réussir à stabiliser un nombre de photons donné dans une "boîte à photons", cavité formée de deux miroirs supraconducteurs. C'est la première expérience complète de stabilisation quantique. Les stabilisations, en général, assurent le fonctionnement des systèmes qui nous environnent. Dans le cas d'un four (Un four est une enceinte maçonnée ou un appareil, muni d'un système de chauffage puissant, qui transforme, par la chaleur les produits et les objets. En cuisine, il permet de cuire des aliments. Dans un...), sa température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de...) de chauffe est assujettie à une valeur de consigne: lorsque la température idéale n'est pas atteinte, le four continue de chauffer puis maintient son état d'après les indications du thermostat (Un thermostat est un système assurant une température constante. Cela peut être un dispositif passif (type bouteille thermos) ou bien un appareil qui sert a réguler une température.).

Le transfert de ces concepts au monde (Le mot monde peut désigner :) microscopique quantique se heurte à un obstacle: la mesure -le thermomètre- change l'état du système. La stabilisation quantique consiste en une mesure réalisée par l'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) 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...), sondes ultrasensibles, dans la cavité. Cette mesure ne fixe pas le nombre de photons, mais donne sur celui-ci une information floue. Comme toute mesure quantique, elle modifie cependant l'état de la cavité. Un contrôleur ? le thermostat ?, prend en compte cette information ainsi que la perturbation de la mesure et pilote une source micro-onde classique ? les résistances du four. Ainsi, la cavité est amenée ou ramenée vers un état où le nombre de photons a exactement la valeur prescrite.

Einstein avait un rêve, celui d'emprisonner un photon dans une boîte pendant un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de l'ordre de la 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...). Cette stabilisation quantique permet aujourd'hui au groupe du LKB d'aller plus loin dans la réalisation de ce rêve en maintenant de façon permanente un nombre de photons choisi dans la boîte. Cette expérience est une étape importante vers le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) d'états quantiques complexes.


Note:

(1) En collaboration avec le Centre Automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des systèmes dynamiques. Elle a pour fondements théoriques les mathématiques, la...) et systèmes, Mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les figures, les structures et les transformations. Les mathématiques...) et systèmesdes Mines ParisTech et l'INRIA


Référence:

Real-time quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit « quanta » au pluriel) représente la...) feedback prepares and stabilizes photon number states, C. Sayrin, I. Dotsenko, X. Zhou, B. Peaudecerf, T. Rybarczyk, S. Gleyzes, P. Rouchon, M. Mirrahimi, H. Amini, M. Brune, J.M. Raimond et S. Haroche, 1er septembre 2011.


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Source: CNRS
 
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