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Des molécules massives placées en état de superposition quantique

Pour la première fois, des physiciens de l'Université de Vienne, en Autriche, ont observé le phénomène d'intrication quantique pour des molécules massives contenant 2000 atomes. « Nos résultats montrent un excellent accord avec la théorie quantique et ne peuvent pas être expliqués de manière classique » déclarent les chercheurs dans un article publié dans la revue Nature Physics.

Ces physiciens ont mis en place une expérience à double fente. Traditionnellement, elle consiste à projeter des photons à travers deux fentes. Si les photons agissaient simplement comme des particules, la projection résultante de l’autre côté ne ferait que montrer une bande. Mais en réalité, les photons projetés de l’autre côté présentent un motif d’interférence — de multiples bandes qui interagissent, montrant que les particules peuvent également agir comme des ondes.

De la même manière que le célèbre chat de Schrödinger, les photons peuvent être en état de superposition, c’est-à-dire présenter plusieurs états quantiques de manière simultanée. Cependant, dès qu’une mesure est effectuée, cette superposition disparaît et l’état du photon mesuré est fixé. Cette même expérience à double fente a été réalisée avec des électrons, des atomes et des molécules plus petites. Et maintenant, les physiciens montrent que cela s’applique aussi aux molécules massives.

Dans cette expérience, l’équipe a pu utiliser des molécules massives, composées de 2000 atomes au maximum, pour créer des motifs d’interférence quantique, comme si elles se comportaient comme des ondes et étaient en état de superposition. Les molécules, appelées « oligo-tétraphénylporphyrines enrichies en chaînes de fluoroalkylsulfanyle », avaient plus de 25.000 fois la masse d’un atome d’hydrogène.

Mais à mesure que les molécules grossissent, elles deviennent moins stables et les physiciens ne peuvent les faire interférer que pendant sept millisecondes à la fois, en utilisant un équipement nouvellement conçu, appelé interféromètre onde-matière (conçu pour mesurer les atomes selon différentes trajectoires). Même des facteurs tels que la rotation et l’attraction gravitationnelle de la Terre devaient être pris en compte.

Comme la mécanique quantique entre traditionnellement en jeu à très petite échelle et la physique classique à grande échelle, plus les molécules utilisées dans l’expérience à double fente sont massives, plus les physiciens peuvent contraindre la ligne de démarcation quantique-classique. Un précédent record pour ce type d’étude impliquait des molécules d’une taille allant jusqu’à 800 atomes.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

Science Alert

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