La lumière et le son quantique : une danse moléculaire

Des chercheurs ont proposé une nouvelle méthode pour ‘voir’ le son quantique en utilisant la lumière quantique. Cette découverte pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre les interactions entre la lumière et la matière à l’échelle moléculaire.

Une nouvelle publication révèle l’interaction quantique entre les vibrations et les particules de lumière, connues sous le nom de photons, dans les molécules.

Cette découverte pourrait potentiellement ouvrir la voie à la résolution de questions fondamentales sur l’importance des effets quantiques dans des applications allant des nouvelles technologies quantiques aux systèmes biologiques.

La controverse en physique chimique

Le Dr Magnus Borgh, de l’École de Physique de l’Université d’East Anglia, a déclaré : « Il y a une controverse de longue date en physique chimique sur la nature des processus où l’énergie des particules de lumière est transférée au sein des molécules. Sont-ils fondamentalement quantiques ou classiques ? Les molécules sont des systèmes complexes et désordonnés, constamment en vibration. Comment ces vibrations affectent-elles les processus quantiques dans la molécule ? »

L’optique quantique pour étudier les effets quantiques

Les techniques issues de l’optique quantique, le domaine de la physique qui étudie la nature quantique de la lumière et ses interactions avec la matière à l’échelle atomique, peuvent offrir un moyen d’étudier directement les effets quantiques dans les systèmes moléculaires. Le comportement quantique peut être révélé en étudiant les corrélations dans la lumière émise par une molécule placée dans un champ laser.

L’échange de phonons dans l’environnement moléculaire

Ben Humphries, doctorant en chimie théorique à l’UEA, a déclaré : « Notre recherche montre que lorsqu’une molécule échange des phonons – des particules quantiques de son – avec son environnement, cela produit un signal reconnaissable dans les corrélations de photons. »

Alors que les photons sont régulièrement créés et mesurés dans les laboratoires du monde entier, les quanta individuels de vibrations, qui sont les particules correspondantes de son, les phonons, ne peuvent généralement pas être mesurés de la même manière.

Une boîte à outils pour explorer le monde du son quantique

Les nouvelles découvertes fournissent une boîte à outils pour explorer le monde du son quantique dans les molécules. Le chercheur principal, le Dr Garth Jones, de l’École de Chimie de l’UEA, a ajouté : « Nous avons également calculé les corrélations entre les photons et les phonons. Il serait très excitant si notre article pouvait inspirer le développement de nouvelles techniques expérimentales pour détecter directement les phonons individuels. »

En synthèse

Cette recherche propose une nouvelle méthode pour ‘voir’ le son quantique en utilisant la lumière quantique. Elle offre une nouvelle perspective sur l’interaction quantique entre les vibrations et les photons dans les molécules, et pourrait potentiellement ouvrir la voie à la résolution de questions fondamentales sur l’importance des effets quantiques dans diverses applications.

Les nouvelles découvertes fournissent une boîte à outils pour explorer le monde du son quantique dans les molécules, ce qui pourrait inspirer le développement de nouvelles techniques expérimentales pour détecter directement les phonons individuels.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la lumière quantique ?

La lumière quantique fait référence aux particules de lumière, appelées photons, qui sont étudiées dans le domaine de l’optique quantique. Cette branche de la physique explore la nature quantique de la lumière et ses interactions avec la matière à l’échelle atomique.

Qu’est-ce que le son quantique ?

Le son quantique se réfère aux phonons, qui sont les particules quantiques de son. Ces phonons sont échangés entre une molécule et son environnement, produisant un signal reconnaissable dans les corrélations de photons.

Quelle est la controverse en physique chimique ?

La controverse en physique chimique concerne la nature des processus où l’énergie des particules de lumière est transférée au sein des molécules. La question est de savoir si ces processus sont fondamentalement quantiques ou classiques.

Qu’est-ce que l’optique quantique ?

L’optique quantique est le domaine de la physique qui étudie la nature quantique de la lumière et ses interactions avec la matière à l’échelle atomique. Elle offre un moyen d’étudier directement les effets quantiques dans les systèmes moléculaires.

Qu’est-ce que les corrélations entre les photons et les phonons ?

Les corrélations entre les photons et les phonons sont des calculs effectués pour étudier le comportement quantique. Ils peuvent révéler des informations sur la manière dont une molécule échange des phonons avec son environnement.

Des chercheurs de l’université d’East Anglia ont proposé une nouvelle façon d’utiliser la lumière quantique pour « voir » le son quantique. Un nouvel article publié aujourd’hui révèle l’interaction mécanique quantique entre les vibrations et les particules de lumière, appelées photons, dans les molécules.