Une équipe de scientifiques comprenant des chercheurs du Royaume-Uni et de l’Inde, propose une expérience qui pourrait tester si les masses relativement grandes ont une nature quantique. Cette expérience pourrait résoudre la question de savoir si la description mécanique quantique fonctionne à une échelle beaucoup plus grande que celle des particules et des atomes.
La théorie quantique est généralement considérée comme décrivant la nature à la plus petite échelle. Les effets quantiques n’ont pas été observés en laboratoire pour des objets plus massifs qu’environ un quintillionième de gramme, soit plus précisément 10^(-20)g.
La nouvelle expérience, décrite dans un article publié dans Physical Review Letters et impliquant des chercheurs de l’UCL, de l’Université de Southampton et de l’Institut Bose à Kolkata, en Inde, pourrait en principe tester la nature quantique d’un objet, indépendamment de sa masse ou de son énergie.
Le principe de l’expérience
L’expérience proposée exploite le principe en mécanique quantique selon lequel l’acte de mesure d’un objet peut changer sa nature. L’expérience se concentre sur un objet oscillant comme un pendule. Une lumière est projetée sur une moitié de la zone d’oscillation, révélant des informations sur la localisation de l’objet. Une deuxième lumière est projetée, montrant la localisation de l’objet plus loin dans son mouvement.
Si l’objet est quantique, la première mesure (le premier flash de lumière) perturbera sa trajectoire, changeant la probabilité de l’endroit où il se trouvera lors du deuxième flash de lumière. Si l’objet est classique, l’acte d’observation ne fera aucune différence. Les chercheurs peuvent alors comparer les scénarios dans lesquels ils projettent une lumière deux fois à ceux où seul le deuxième flash de lumière se produit pour voir s’il y a une différence dans les distributions finales de l’objet.
Les implications de l’expérience
Le Dr Debarshi Das, auteur principal de l’étude, a déclaré : « Une foule lors d’un match de football ne peut pas affecter le résultat du match simplement en regardant intensément. Mais avec la mécanique quantique, l’acte d’observation ou de mesure lui-même change le système. Notre expérience proposée peut tester si un objet est classique ou quantique en voyant si un acte d’observation peut entraîner un changement dans son mouvement. »
La proposition, selon les chercheurs, pourrait être mise en œuvre avec les technologies actuelles en utilisant des nanocristaux ou, en principe, même en utilisant des miroirs au LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) aux États-Unis, qui ont une masse effective de 10kg.
En synthèse
Cette expérience pourrait potentiellement étendre le domaine de la mécanique quantique et tester si cette théorie fondamentale de la nature est valide uniquement à certaines échelles ou si elle est également vraie pour des masses plus grandes. Si nous ne rencontrons pas de limite de masse à la mécanique quantique, cela rend d’autant plus aiguë la question de la conciliation de la théorie quantique avec la réalité telle que nous la vivons.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la mécanique quantique ?
La mécanique quantique est une branche de la physique qui traite des phénomènes à l’échelle des atomes et des particules subatomiques.
Qu’est-ce qu’un objet quantique ?
Un objet quantique est un objet qui suit les lois de la mécanique quantique, qui sont différentes des lois de la physique classique.
Qu’est-ce que l’effet d’observation en mécanique quantique ?
En mécanique quantique, l’acte d’observation peut changer l’état d’un système. C’est ce qu’on appelle l’effet d’observation.
Qu’est-ce que le LIGO ?
Le LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) est un observatoire basé aux États-Unis qui a été conçu pour détecter les ondes gravitationnelles.
Qu’est-ce que la décohérence en mécanique quantique ?
La décohérence est le processus par lequel un système quantique perd ses propriétés quantiques, généralement en raison de l’interaction avec son environnement.
Références
Légende illustration : Techniciens inspectant un miroir LIGO. Crédit : Caltech/MIT/LIGO Lab. Politique d’utilisation des images.
Article : « Mass-independent scheme to test the quantumness of a massive object » – 10.1103/PhysRevLett.132.030202
