"Les fermions ne voyagent pas ensemble"
Publié par Michel le 27/01/2007 à 00:00
Source: CNRS
Illustration: © CNRS Photothèque / Jérôme Chatin
Les fermions ont tendance à se repousser et ne peuvent "voyager" à proximité l'un de l'autre. Démontré par une équipe de l'Institut d'optique (CNRS/Université Paris 11, Orsay-Palaiseau), ce résultat est détaillé dans la revue Nature du 25 janvier 2007. Il marque une grande avancée dans la compréhension des phénomènes à l'échelle quantique.

Mise en évidence d'un effet attendu de la théorie quantique

Depuis longtemps, la théorie de la mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques qu'on regroupe sous l'appellation générale de physique quantique. Cette dénomination...) prévoyait que certaines particules, les fermions (1), sont incapables de "voyager" l'une proche de l'autre. Dans un jet de particules identiques par exemple, la théorie supposait que la distance entre elles était toujours supérieure à une valeur donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.), baptisée "longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en...) de corrélation".


Photo de l'enceinte à vide dans laquelle se situent la source et le détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement conçu.) 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...)
qui permettent d'observer le dégroupement de fermions et le groupement de bosons.
Elle montre Martijn Schellekens et Valentina Krachmalnicoff,
deux thésards qui ont travaillé sur l'expérience

Des chercheurs du Laboratoire Charles Fabry (Charles Fabry (1867-1945) est un physicien français.) de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) d'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), en collaboration avec une équipe de Vrije Universiteit (Amsterdam), viennent de montrer que cette propriété de "dégroupement" que l'on n'avait jamais pu mettre en évidence auparavant existe bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de mesure logarithmique du rapport entre deux puissances,...) et bien. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) se passe comme si les particules se repoussaient, bien que les interactions entre elles soient négligeables. En fait le "dégroupement" est dû à des interférences quantiques qui annulent la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des...) de trouver deux particules très proches.

Pour arriver à cette conclusion, les chercheurs ont comparé le comportement de fermions avec celui de bosons (2) dans des conditions identiques. Chez ces derniers, les mêmes interférences mènent au contraire à un effet de "groupement": une probabilité accrue de trouver deux particules ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble),...).

Les expériences de l'Institut d'optique ont été effectuées dans le même dispositif, assurant des conditions identiques, avec deux isotopes de l'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau...). Là, les chercheurs ont mis en évidence la longueur de corrélation des fermions qui approche le millimètre. Cet effet était prévu mais sa mise en évidence représente une avancée dans notre capacité à détecter des corrélations entre atomes. Un pas de plus vers une meilleure compréhension du comportement de 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. La matière occupe de l'espace et...) à l'échelle quantique.

Pour en savoir plus: lien (en anglais)

Notes:
(1) Famille de particules à laquelle appartiennent entre autres les électrons, les protons, les neutrinos, l'hélium3 et les quarks.
(2) Famille de particules à laquelle appartiennent les photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules...), l'hélium4 et les gluons.


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