Didier de Plaige

Vendredi 15 Août

août 15th, 2008 Posted in Aout 2008

L'étrangeté quantique est encore plus complexe que prévu. Une nouvelle étude est publiée à la Une de la revue Nature - "Les Physiciens sidérés de constater un transfert d'information plus rapide que la vitesse de la lumière."
Deux photons peuvent être connectés d'une manière qui semble défier la nature même de l'espace et du temps, sans violer les lois de la mécanique quantique. Des physiciens de l'Université de Genève ont réalisé cette démonstration en créant une paire de photons 'intriqués'; ils les ont isolés, puis les ont acheminés par fibre optique vers les villages de Satigny et Jussy, distants de 18 kilomètres.

Les chercheurs ont découvert que lorsque chaque photon a atteint sa destination, il est instantanément informé du comportement de son jumeau, sans communication directe.

La découverte ne viole pas les lois de la mécanique quantique, cette théorie dont se servent les physiciens pour décrire le comportement de systèmes infiniment petits.

Pour Nicolas Gisin, qui est à la tête de l'équipe de chercheurs, ça montre seulement comment la mécanique quantique peut défier les attentes les plus courantes :

"Notre expérience a mis le doigt où ça fait mal".

Dans le monde macroscopique, des objets peuvent s'organiser de différentes manières. Par exemple, deux personnes peuvent coordonner leurs actions par un échange verbal, ou recevoir des instructions d'un tiers. Dans ces deux cas, l'information sera transmise à une vitesse égale ou inférieure à celle de la lumière, conformément à l'axiome d'Einstein selon lequel rien dans l'Univers ne peut aller plus vite.

Mais la mécanique quantique autorise une troisième voie pour coordonner l'information : lorsque deux particules sont intriquées, en mesurant les propriétés de l'une on doit instantanément obtenir des indications sur l'autre. En d'autres termes, la théorie quantique permet que deux particules s'organisent à des vitesses apparemment supérieures à celle de la lumière.

Einstein avait employé l'expression "actions bizarres à distance" pour qualifier ce comportement, parce qu'il l'avait jugé profondément déstabilisant. Avec d'autres scientifiques, il avait envisagé que les particules peuvent communiquer entre elles d'une autre manière, à une vitesse égale ou approchante de celle de la lumière.

Mais cette nouvelle expérience montre que la communication directe entre les photons (pour ce que nous en savons) est en fait impossible. L'équipe a mesuré simultanément plusieurs propriétés des deux photons, telles que leur phase, à leur arrivée dans leurs villages respectifs, et ont découvert qu'ils avaient effectivement une étrange connaissance du comportement de l'autre. Sur la base de ses mesures, l'équipe a conclu que si les photons avaient communiqué, il aurait fallu qu'ils le fassent au moins 100.000 fois plus rapidement que la vitesse de la lumière - et c'est quelque chose que la plupart des scientifiques se refusent à envisager. En d'autres termes, ces photons ne peuvent être informés l'un de l'autre par aucun des moyens conventionnels d'échange d'information.

L'équipe a également écarté d'autres raisons envisageables pour expliquer ce comportement apparemment coordonné. Par exemple, on pourrait imaginer que les photons pourraient avoir partagé l'information avant de quitter Geneve - mais les mesures de Gisin ont montré que ce n'était pas le cas.
Un second test a permis de s'assurer que les scientifiques dans les deux villages n'avaient pas négligé une forme de communication due au déplacement de la Terre dans l'espace.

Selon la théorie de la relativité d'Einstein, des observateurs qui se déplaceraient à grandes vitesses peuvent avoir des 'cadres de référence' différents, ce qui leur permettrait potentiellement d'obtenir des mesures différentes du même évènement. "Les résultats obtenus à Genève pourraient s'expliquer si les deux photons avaient communiqué dans un cadre de référence que les scientifiques auraient omis de prendre en compte."
Mais les calculs théoriques ont montré que le fait de réaliser des tests en suivant un parcours autour du globe aurait permis de tester tous les cadres de référence possibles. C'est ce qu'a réalisé l'équipe, et ils ont obtenu le même résultat dans tous les cas.

"Ce qui nous amène à conclure", a déclaré Gisin, que "ces deux photons n'ont pas eu le temps de communiquer".

Pour Terence Rudolph, théoricien rattaché à l'Imperial College à Londres, l'expérience montre qu'au moins au niveau de la mécanique quantique, il y a des choses qui transcendent l'espace-temps. Ca montre également que les humains ont accordé une importance injustifiée aux trois dimensions de l'espace plus une de temps dans lesquelles ils vivent : "Nous pensons que l'espace et le temps sont importants parce que nous sommes comme des singes pris dans un filet."

Si ces résultats vous perturbent, soyez sans crainte - vous n'êtes pas seuls dans ce cas. "Pour moi, honnètement, ça n'a pas de sens", a déclaré Gisin. "Je ne pense pas que nous soyons aujourd'hui en mesure d'expliquer ce phénomène". Il espère que ces travaux vont stimuler les théoriciens, afin de trouver une nouvelle approche pour expliquer l'effet de bizarrerie. - Geoff Brumfiel

Cette découverte est à rapprocher de l'expérience d'Alain Aspect, réalisée au début des années 1980, sur la non-localité de la physique quantique.

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