Deux expériences quantiques indiquent qu’Einstein s’est trompé

Une décennie prodigieuse et un désaccord légendaire

Albert Einstein avait raison sur un nombre tout simplement effarant de sujets, c’est indéniable. Mais avait-il raison sur absolument tout ? Pas nécessairement, et c’est ce que nous allons voir. Il faut se replacer dans le contexte. Les années 1920 ont été une période absolument incroyable pour la science. Vraiment, une décennie bénie.

Tout a commencé, ou du moins a été préfacé, par la confirmation éblouissante de la Théorie de la Relativité Générale d’Einstein, grâce à cette fameuse éclipse solaire de mai 1919. Ensuite ? Eh bien, ça n’a pas arrêté : la confirmation de l’existence d’autres galaxies, la découverte de la pénicilline… et bien sûr, la naissance de la mécanique quantique moderne. Scientifiquement parlant, c’était une époque formidable, un vrai feu d’artifice.

Cependant, cette avalanche de connaissances s’est accompagnée de quelques désaccords compréhensibles. Il devenait de plus en plus clair que les théories élégantes d’Einstein, qui semblaient régir l’univers à grande échelle (le macro), ne cadraient pas parfaitement avec l’étrangeté quantique découverte à l’échelle subatomique. L’un des débats les plus célèbres de cette décennie a impliqué deux des plus grands physiciens du siècle : Einstein lui-même et Niels Bohr, le célèbre physicien théoricien danois, figure fondatrice de la mécanique quantique.

Le cœur du débat : L’expérience de pensée de 1927

Le nœud du problème résidait dans l’idée de « complémentarité ». Pour faire simple — enfin, si tant est qu’on puisse faire simple avec la quantique — cela stipulait que la double nature d’un photon, à la fois onde et particule, ne pouvait pas être mesurée en même temps. En 1927, ce débat faisait rage.

Einstein, avec son esprit toujours en ébullition, croyait pouvoir contourner cette limite. Il a imaginé une expérience complexe, une sorte d’expérience de pensée impliquant une double fente et un ressort qui reculerait lorsqu’un photon entrerait. Selon lui, on pourrait, grâce à ce montage, connaître la nature corpusculaire du photon (par quelle fente il est passé) tout en observant sa nature ondulatoire via le modèle d’interférence. C’était malin, je dois l’admettre.

Mais Bohr n’était pas d’accord. Pas du tout. Il a soutenu que le principe d’incertitude de la mécanique quantique rendait cette détection essentiellement impossible. Pour lui, la simple détection du chemin du photon (sa nature particulaire) effacerait inévitablement son modèle d’interférence (sa nature ondulatoire). C’était une impasse théorique qui a duré… eh bien, presque un siècle.

Verdict moderne : Le MIT et l’USTC tranchent la question

Et voilà que maintenant, près de cent ans plus tard, deux expériences coup sur coup — toutes deux publiées dans la revue Physical Review Letters — viennent semble-t-il clore le débat. Et devinez quoi ? C’est en faveur de Bohr. Plus tôt cette année, Wolfgang Ketterle et ses collègues du MIT ont créé ce qu’ils appellent une « version idéalisée de l’expérience à double fente ». C’est fascinant : ils ont utilisé des atomes individuels comme fentes et des faisceaux de lumière très faibles pour que ces atomes ne diffusent qu’un seul photon.

Ketterle et son équipe ont essentiellement découvert une relation inverse entre les deux états du photon. Plus on obtenait d’informations sur le chemin du photon (sa nature de particule), plus la visibilité du modèle d’interférence (sa nature d’onde) diminuait. C’est presque poétique, non ?

Parallèlement, une autre expérience menée par l’Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a sondé ce même débat par des moyens différents. L’équipe a utilisé un atome de rubidium maintenu en place par des pincettes optiques — oui, des pincettes optiques ! Ils ont ensuite utilisé des lasers et des forces électromagnétiques pour contrôler les propriétés quantiques de l’atome et diffusé la lumière dans deux directions. Le résultat ? Ils ont également constaté que l’affirmation de Bohr tenait la route. La détection efface l’interférence.

Conclusion : Une victoire posthume et de nouveaux horizons

C’est quand même incroyable de voir des débats théoriques devenir des réalités tangibles. Chao-Yang Lu, qui s’est confié au New Scientist, l’a très bien résumé en disant : « Voir la mécanique quantique ‘en action’ à ce niveau fondamental est tout simplement époustouflant. » Il a ajouté que le contre-argument de Bohr était brillant, mais qu’il était resté une simple expérience de pensée pendant près d’un siècle.

Aujourd’hui, ces montages expérimentaux ne servent pas juste à donner raison à un vieux physicien danois. Lu et son équipe espèrent utiliser leur installation pour explorer des aspects encore plus pointus et moins connus du royaume quantique. On parle ici d’étudier les détails complexes de l’interaction entre la décohérence et l’intrication. L’aventure ne fait que commencer, je suppose.

Selon la source : popularmechanics.com

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