Onde ou particule ? Une décision prise à la dernière nanoseconde

Publié par Michel le 19/02/2007 à 00:00
Source: CNRS
En physique quantique, le résultat observé est étroitement corrélé à la mesure effectuée. Ainsi, un photon se comporte soit comme une onde, soit comme un corpuscule, suivant le type d'expérience auquel on choisit de le soumettre (1). Mais, à quel moment exactement ce choix est-il effectué?

Cette question a été élucidée par une équipe du laboratoire de Photonique quantique et moléculaire (CNRS/Ecole Normale Supérieure de Cachan) conduite par Jean-François Roch et François Treussart, en collaboration avec Philippe Grangier et Alain Aspect (Alain Aspect est un physicien français né en 1947. Il est reconnu, entre autre, pour avoir conduit le premier test concluant portant sur un des paradoxes fondamentaux de la mécanique quantique, le paradoxe Einstein-Podolsky-Rosen.) 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 for Theoretical Physics est un tel...) 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.) (CNRS/Université 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 Seine, au...) 11) (2). Les chercheurs ont mis en œuvre, pour la première fois de façon très fidèle, une idée proposée dans les années 70 par John Wheeler, figure emblématique de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...) quantique.

Il s'agit en fait de retarder le plus possible le choix de l'expérience qui sera menée sur le photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d'un...) en attendant que celui-ci soit au milieu de l'appareil de mesure, ici un interféromètre d'une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de...) de 50 mètres. Une fois le photon “capturé” dans cet appareil, les chercheurs ont choisi, de manière aléatoire, la mesure qui a finalement été effectuée... mais le photon ne s'est pas laissé surprendre. Il s'est en effet manifesté comme une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales....) lorsqu'on a décidé d'observer un comportement ondulatoire et s'est comporté comme un corpuscule lorsqu'on a décidé d'observer un comportement corpusculaire.

Détaillée dans la revue Science du 16 février, cette expérience traduit un des éléments clefs de l'information quantique: le concept de “non-localité quantique”. Elle a des répercussions fondamentales afin d'établir théoriquement la sécurité des protocoles de cryptographie quantique (La cryptographie quantique est une tentative de mise en œuvre des prédicats de la mécanique quantique afin d'assurer la confidentialité, l'intégrité et/ou la non-interception de...).

Notes:
(1) Ce résultat a été mis en évidence en 1986 par Philippe Grangier et Alain Aspect lorsqu'ils ont réalisé la première expérience d'interférence (En mécanique ondulatoire, on parle d'interférences lorsque deux ondes de même type se rencontrent et interagissent l'une avec l'autre. Ce...) à un photon.
(2) Ces travaux ont impliqué Vincent Jacques, E. Wu, Frédéric Grosshans, François Treussart et Jean-François Roch pour le laboratoire de Photonique quantique et moléculaire ainsi que Philippe Grangier et Alain Aspect pour le laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'optique.


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