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Le principe d'indétermination d'Heisenberg pris en défaut par l'expérience

Voici une expérience qui n'a pas fini de faire parler d'elle. Des chercheurs canadiens de l'université d'Ottawa ont réussi pour la première fois à mesurer directement les états de polarisation d'un photon, c'est-à-dire les axes autour desquels oscillent les champs électromagnétiques.

Dans cette expérience, les physiciens ont pu mesurer simultanément les variables conjuguées d'une particule, ce qui remet en cause le fameux principe d'indétermination d'Heisenberg, énoncé en 1927, et qui constitue avec la fonction d'onde Schrödinger, un des piliers théoriques de la mécanique quantique.

Selon ce principe, la nature se comporterait intrinsèquement en appliquant la règle des « vases communicants ». Concrètement, cela signifie que si l'on mesure avec une grande précision l'une des propriétés d'un système quantique, on ne pourra pas mesurer l'autre avec le même degré de précision. Par exemple, on pourra mesurer avec une absolue précision la position d'une particule mais, dans ce cas, on ne connaîtra pas exactement sa vitesse ou si l'on mesure précisément sa vitesse, on ne pourra pas connaître sa position exacte.

Mais dans cette expérience, les physiciens ont montré qu'il était possible, sous certaines conditions, de mesurer directement les variables conjuguées d'un système quantique. Comme le souligne le professeur Boyd, qui dirige ces recherches, « le fait de pouvoir réaliser des mesures directes de l'état ondulatoire quantique aura des conséquences majeures pour l'avenir de l'informatique quantique ».

Toute la finesse de cette expérience réside dans la méthode utilisée pour ne pas perturber le système quantique. En fait, les physiciens procèdent d'abord à une mesure « faible » de la première propriété, puis à une mesure « forte » de la deuxième propriété.

La seule contrainte de cette méthode réside dans le fait que très peu d'informations sont obtenues à chaque mesure, ce qui oblige les physiciens à multiplier les expérimentations pour obtenir un résultat statistiquement significatif.

Dans cette expérience, les chercheurs ont exposé deux cristaux à un faisceau de lumière polarisée. Le premier, d'une épaisseur très fine, a permis d'obtenir des mesures faibles sur la polarisation verticale ou horizontale, alors que le second, beaucoup plus épais, a permis d'obtenir des mesures fortes sur la polarisation diagonale.

Grâce à ce dispositif habile, la première mesure faible perturbe si peu le système qu'elle n'invalide pas la deuxième mesure. Au final, il suffit de répéter plusieurs fois l'expérience pour obtenir un résultat statistique valide et une description physique complète des états de la lumière. L'expérience a été réalisée plusieurs fois pour permettre des statistiques précises. En ajoutant tous ces résultats, on peut caractériser complètement et directement les états de la lumière.

Article rédigé par Gaël Orbois pour RT Flash

Nature

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