💡 Cette nouvelle expérience montre qu'Einstein avait tort sur la lumière

Le concept de lumière intrigue les scientifiques depuis des siècles. Une expérience récente du MIT relance le débat sur sa nature duale.

L'équipe du MIT a revisité une expérience classique avec une précision inédite. En reproduisant la célèbre expérience des fentes de Young en utilisant des atomes individuels, ils ont observé comment la lumière se comporte à l'échelle quantique. Leurs résultats confirment les prédictions de la mécanique quantique, tout en infirmant une intuition d'Einstein.


L'expérience des fentes de Young, ou fentes doubles, initialement conçue par Thomas Young en 1801, montre que la lumière peut former des motifs d'interférence, typiques des ondes. Cependant, lorsque les scientifiques tentent de déterminer par quelle fente passe la lumière, celle-ci se comporte comme une particule. Cette dualité onde-particule est un pilier de la mécanique quantique, mais elle reste difficile à appréhender intuitivement.

Les chercheurs du MIT ont poussé l'expérience dans ses retranchements. En refroidissant des atomes à des températures proches du zéro absolu, ils ont pu les utiliser comme des fentes parfaites. La lumière, sous forme de photons uniques, a révélé sa nature duale de manière encore plus nette que dans les versions précédentes de l'expérience. Plus ils cherchaient à connaître le chemin des photons, moins les interférences étaient visibles.

Cette étude, publiée dans Physical Review Letters, montre que le 'flou' quantique des atomes joue un rôle clé. Contrairement à ce qu'Einstein pensait, la simple incertitude sur la position des atomes suffit à brouiller le motif d'interférence, confirmant ainsi les prédictions de Bohr.

L'équipe a également effectué l'expérience en libérant les atomes de leur piège juste avant la mesure, et ils observé le même phénomène. Cela suggère que la nature profonde de la lumière ne dépend pas des détails expérimentaux, mais des principes fondamentaux de la mécanique quantique.

Qu'est-ce que la dualité onde-particule ?

La dualité onde-particule est un concept fondamental de la mécanique quantique qui décrit comment les objets quantiques, comme la lumière, peuvent présenter à la fois des propriétés d'ondes et de particules. Ce phénomène est contre-intuitif car, dans notre expérience quotidienne, les ondes et les particules semblent être des entités distinctes.

Les ondes, comme celles que l'on voit à la surface de l'eau, peuvent se superposer et créer des motifs d'interférence. Les particules, en revanche, comme des billes, ont une position et une trajectoire bien définies. La mécanique quantique montre que ces deux comportements peuvent coexister pour un même objet, selon la manière dont on l'observe.

Cette dualité a été mise en évidence pour la première fois avec la lumière, mais elle s'applique également à d'autres particules, comme les électrons. Elle est à la base de nombreuses technologies modernes, comme les lasers et les microscopes électroniques. Comprendre cette dualité est essentiel pour explorer les limites de notre compréhension de la nature.

Pourquoi l'expérience des fentes doubles est-elle si importante ?

L'expérience des fentes doubles est l'une des démonstrations les plus éloquentes des principes de la mécanique quantique. Elle montre de manière simple et directe comment la lumière, ou d'autres particules, peut se comporter à la fois comme une onde et comme une particule, selon le contexte expérimental.

Lorsque la lumière passe à travers deux fentes étroites, elle produit un motif d'interférence sur un écran placé derrière, caractéristique des ondes. Cependant, si on essaie de détecter par quelle fente passe chaque photon, le motif d'interférence disparaît, et la lumière se comporte comme une série de particules. Cela illustre le principe de complémentarité de Bohr, selon lequel les aspects onde et particule sont complémentaires et ne peuvent être observés simultanément.

Cette expérience a des implications profondes pour notre compréhension de la réalité. Elle suggère que l'acte d'observation influence le système observé, un concept qui a alimenté de nombreux débats philosophiques et scientifiques. Les versions modernes de l'expérience, comme celle réalisée par le MIT, continuent de tester les limites de notre compréhension de la mécanique quantique.