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Les physiciens donnent au chat de Schrodinger un sourire de cheshire

« J’ai souvent vu un chat sans sourire, » pensa Alice. « Mais un sourire sans chat! C’est la chose la plus curieuse que j’aie jamais vue de toute ma vie! »

C’est une expérience à laquelle le physicien Yakir Aharonov peut s’identifier. Avec son collègue physicien israélien Daniel Rohrlich, il a montré théoriquement comment une particule pouvait montrer son visage dans un coin d’une expérience sans avoir besoin de son corps en vue.

Pour être plus précis, leur analyse soutient que les informations pourraient être transférées entre deux points sans échange de particules.

La théorie remonte à 2013 lorsque des chercheurs basés aux États-Unis et en Arabie saoudite ont suggéré qu’une sorte d’effet de gel appliqué à une onde quantique pourrait encore ne pas suffire à l’empêcher de transmettre des informations.

« Nous avons trouvé cela extrêmement intéressant – la possibilité de communication sans que rien ne passe entre les deux personnes qui communiquent entre elles », a expliqué Aharonov à Anna Demming sur Phys.org.

« Et nous voulions voir si nous pouvons mieux le comprendre. »

Le modèle expérimental sur lequel ils fondent leurs calculs est étonnamment simple.

Pensez à un couloir dont une extrémité est coiffée d’une porte en miroir. En physique quantique, où les objets ne sont pas définis avant d’être observés, la porte est à la fois ouverte et fermée jusqu’à ce qu’elle soit vue, un peu comme le chat condamné dans l’expérience de pensée proposée par Schrödinger.

Si une particule devait être envoyée dans le couloir, son destin serait également un flou de possibilité jusqu’à ce que son voyage soit révélé. Cela refléterait et ne refléterait pas. Passer et ne pas passer.

C’est parce que l’onde de possibilité de la particule a les caractéristiques de n’importe quelle onde physique. Il y a des crêtes et des creux qui régissent les chances que la particule soit trouvée quelque part, et les phases à mesure qu’elle évolue au fil du temps.

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En termes simples, une partie de la phase de la particule décrivant son moment cinétique, ou spin, devrait changer en fonction de l’état ouvert ou fermé du miroir, selon les physiciens.

Même lorsque la particule elle-même ne devrait être nulle part près de cette extrémité du couloir, Aharonov et Rorlich ont constaté que c’était presque comme si l’élan devait être capable d’atteindre avec un doigt fantomatique pour toucher la porte fermée, avant de rapporter un peu d’informations avec il.

Les particules ne sont généralement pas connues pour lâcher des choses comme la rotation ou la charge, pour les faire s’éloigner et affecter un environnement éloigné, pas plus qu’un sourire n’est connu pour rester pendant qu’un visage fait une sortie.

« Si vous parlez d’un chat et de son sourire, c’est très étrange », a déclaré Rorlich à Demming sur Phys.org.

« Mais bien sûr, tout cela doit se traduire en particules élémentaires, et si une particule élémentaire perd son spin parce que son spin va ailleurs – c’est peut-être quelque chose auquel nous pouvons nous habituer. »

Aharonov n’est pas étranger à l’absurdité au pays des merveilles de la physique quantique. Il y a plus d’un demi-siècle, il a travaillé avec le célèbre physicien théoricien David Bohm sur une analyse impliquant des effets non locaux sur les particules dans les champs électromagnétiques.

Dans ce que l’on appelle maintenant l’effet Aharonov – Bohm, une particule chargée peut être affectée par un potentiel électromagnétique même si elle est confinée à une zone où les champs magnétique et électrique environnants sont tous deux nuls.

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Pensez à un bateau à voile naviguant lorsque l’océan est immobile et que l’air est calme. Bien sûr, «quelque chose» doit pousser le navire, vous pourriez argumenter. Sans rien d’évident forçant son mouvement, vos yeux se déplaceraient vers l’horizon avec un sentiment de merveille de ce qui pourrait être responsable d’autre.

Ce que cet effet lointain se trouve être est aussi déroutant pour les physiciens quantiques que pour le reste d’entre nous.

Pour que les choses bougent, quelque chose doit traverser son emplacement et lui dire dans quel sens ou à quelle vitesse. Les choses ne décident pas toutes seules de la manière d’agir.

Et pourtant, nous voyons déjà des actions résolument « fantasmagoriques » en physique quantique qui n’ont pas encore été pleinement expliquées. Les ondes «  enchevêtrées  » par une connexion passée peuvent instantanément se résoudre en particules discrètes qui se corrèlent les unes avec les autres, quelle que soit leur distance.

L’explication d’Aharanov repose sur un concept appelé élan modulaire: une caractéristique des particules qu’il est difficile d’apprécier en détail sans une base solide dans les mathématiques de la théorie quantique des champs.

Fondamentalement, contrairement à l’élan quotidien – que nous pouvons expérimenter directement en termes de tir de balles et de bulles flottantes – l’élan modulaire a sa place dans le monde quantique des ondes de probabilité, car elles ondulent et interfèrent les unes avec les autres à travers l’espace.

Ce n’est pas tout à fait le genre d’élan que nous utiliserions pour décrire comment un flipper rebondit dans une machine. Mais c’est une sorte d’élan qui fait connaître sa présence dans la façon dont on calcule les possibilités de mouvement, même si les conséquences de ses actions sont un peu plus difficiles à imaginer.

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« Bien qu’il soit très surprenant que les propriétés puissent quitter leurs particules, il n’est pas aussi surprenant que de dire que rien ne s’est passé et qu’il y a eu un effet », a déclaré Aharonov à Phys.org.

Les implications pratiques, le cas échéant, du travail de base seront entre les mains d’expériences et d’ingénieurs futurs.

Pour Aharonov et Rohrlich, l’analyse vise à résoudre la notion de ce que cela signifie pour les particules d’agir localement, ce qui implique que ses propriétés – comme le sourire suffisant du chat du Cheshire – pourraient parfois avoir plus d’importance que la localisation de son corps.

Cette recherche a été publiée dans Lettres d’examen physique.

Cet article a été initialement publié par ScienceAlerte. Lire l’article original ici.

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