La physique des horizons humains : nouveautés CEA...

Décidemment les vacances ne me valent rien ! Trop de choses se déroulent que je ne peux pas suivre   car je suis conduit à me déplacer et l intendance ne suit pas, comme vous avez pu vous en apercevoir avec ma clef 3G !

Délaissant ( provisoirement ) aujourd’hui la fin de l examen du Rapport de l’ ASN je vais vous entraîner sur un terrain où, pour sur , certains d entre vous vont crier cette fois «  HOLA ! c est trop scientifique ! »

Depuis le 20ème siècle, un débat autour du concept philosophique du « réalisme du monde » trouble les esprits scientifiques . Mais certains diront «  voilà encore du PLATON avec son allégorie de la caverne (la séparation de la réalité en deux mondes : le sensible et l'intelligible, le premier étant l ombre , l'image, le reflet, la copie du second, qui lui est paradigme, modèle, vraie réalité) …. Le débat , pour sur , s’est avivé avec le paradoxe EPR ( EINSTEIN /PODOLSKY/ROSEN )….. Les propriétés des objets existent-t-elles précisément ou ne sont-elles au contraire définies qu’à l aide du concept   surnommé « quantique » de superpositions d’états  différents ? Un objet peut-il, par exemple, se trouver simultanément à deux endroits différents avant d’avoir été observé ? Et en définitive l action de la mesure sur l’objet est elle sans influence sur lui ? La réponse à cette question dépend t elle de la taille de l objet ? etc.

Dans maints chapitres de LA PHYSIQUE DES HORIZONS HUMAINS je me suis efforcé de vous tenir au courant des positions des uns et des autres . Cependant mes articles sont cachés dans des multiples recoins des archives de ce blog et puisque je dois vous apporter des résultats neufs il me faut vous rappeler quelques détails….. Par ailleurs j ai reçu une question de Chaverondier qui attend sa réponse (« Je cherche, en fait, à savoir s’il serait possible de trouver une expérience analogue à l’observation expérimentale de la dynamique de décohérence d’un système à deux états réalisée par le laboratoire Kastler Brossel )

Je dois donc commencer par vous rappeler qu’en mécanique quantique, la valeur précise des paramètres physiques tels que la position ou la vitesse n'est pas déterminée tant qu'elle n'est pas mesurée. Seule la distribution statistique de ces valeurs est parfaitement déterminée à tout instant. Cela peut mener certains rhéteurs à prétendre qu’ un objet quantique pourrait être "à plusieurs endroits en même temps"….alors qu un point de vue moins provocateur serait de dire que l'objet quantique n'a pas de localisation tant que la position n'est pas mesurée.Là encore les mêmes rhéteurs vont s efforcer d apporter leur penchant pour le mystère !Y aurait-il une puissance mentale intervenant dans toute opération de mesure ?Bien entendu le paradoxe n'est qu'apparent. Il vient du fait que les grandeurs scalaires classiques sont insuffisantes pour décrire la réalité quantique. On doit faire appel à des fonctions d'onde qui sont des vecteurs appartenant à un espace de Hilbert de dimension infinie.

Les grandeurs classiques ne sont donc en fait que des vues partielles de l'objet, potentiellement corrélées.De meme il faut se rendre à l’évidence :la physique quantique est une science qui décrit le monde comme probabiliste.

Rappelons encore , avant de partir dans la description des nouvelles manips CEA que ce qu’on appelle l « 'intrication quantique » est un phénomène observé dans lequel l'état quantique de deux objets doit être décrit globalement, sans pouvoir séparer un objet de l'autre, bien qu'ils puissent être spatialement séparés. Lorsque deux systèmes – ou plus – sont placés dans un état intriqué, il y a des corrélations entre les propriétés physiques observées des deux systèmes qui ne se manifesteraient pas si l'on pouvait attribuer des propriétés individuelles à chacun des deux objets . En conséquence, même s'ils sont séparés par de grandes distances spatiales, les deux systèmes ne sont pas indépendants et il faut les considérer comme un système unique……

Le CEA   possède avec Iramis ( Institut rayonnements matière Saclay)   la structure pour étudier ces phénomènes : des chercheurs   viennent d’y apporter une nouvelle preuve du caractère quantique du monde, même à notre échelle humaine . Ils ont observé, pour la première fois, que des mesures successives sur un objet macroscopique (ici, un circuit électrique supraconducteur ) peuvent contredire une propriété mathématique démontrée pour tout système se comportant suivant les lois de la physique classique déterministe et connue sous le nom « d’inégalité de Bell en temps ». Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Physics du 1er juin 2010.( Experimental violation of a Bell’s inequality in time with weak measurement, Agustin Palacios-Laloy, François Mallet, François Nguyen, Patrice Bertet, Denis Vion, Daniel Estève and Alexander Korotkov.)………

Là encore , pour ne pas me faire critiquer par XYZ ou par mon petit fils qui me dit que mes explications ne suffisent qu’à moi seul, je suis obligé de rappeler de quoi il s agit historiquement  : le physicien John Bell étudie en 1964 les probabilités régissant certains phénomènes particulaires en supposant que notre monde est régi par la physique dite "classique "ou déterministe ,et il   établit des inégalités qui modélisent la statistique des corrélations associées  aux mesures des propriétés de ces deux particules tels que l'impulsion ou le moment angulaire ,l'état de spin). Et PAN ! Nous devons renoncer à une des deux hypothèses suivantes:1° Un signal ne peut aller plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide.2° Un objet ne peut occuper qu'un seul endroit de l'espace à un instant donné (principe de localité).. Cette violation montre que l'intrication ne peut être décrite par une théorie locale à variables cachées comme EINSTEIN le supposait ( théorie dite du réalisme local : «  Dieu   ne joue pas aux dés ! »).

. Ces inégalités sont réfutées expérimentalement par l’équipe d’Alain Aspect, pour la première fois dans les années 1980 : l’étude de deux photons corrélés (,: deux grains de lumière produits simultanément par une même source, et ayant des polarisations opposées séparés par une grande distance), révèle la nature inévitablement quantique du monde : les propriétés de deux objets peuvent être si "enchevêtrées" que parler de l’état de chacun d’eux n’a plus de sens, même lorsqu’ils sont très éloignés l’un de l’autre. « Communiquent ils entre eux à des vitesses infinies et plus grandes que celles de la lumière ? » Se disent nos raisonneurs (et de partir dans la science-fiction d un UNIVERS fabuleux !)

Ce n’est pas tout : En 1985, le physicien Anthony Leggett propose une inégalité similaire à celle de Bell, appliquée cette fois, non pas à deux objets séparés spatialement, mais à un unique objet mesuré à des instants successifs, d’où le nom d’"inégalité de Bell en temps". C ‘est cette inégalité, qui n’avait jusqu’alors jamais été réfutée expérimentalement,qui vient d’être testée pour la première fois par ce groupe de chercheurs du CEA. Au lieu d’utiliser un objet naturellement quantique comme un photon, un atome ou un électron, les chercheurs ont testé un circuit électrique macroscopique composé de jonctions Josephson et de condensateurs. En mesurant ce circuit, ils réussissent à réfuter l’inégalité de Bell en temps, montrant ainsi la nature "véritablement" quantique du circuit : il n’a pas d’état électrique bien défini s’il n’est pas mesuré, et il ne peut être mesuré sans que son évolution temporelle n’en soit profondément modifiée.

La photo que je vous présente montre que si notre monde est régi par la physique classique. une certaine quantité fL(t), calculée à partir de mesures successives sur un objet macroscopique, doit rester inférieure à 1 (région blanche). La mécanique quantique prédit à l’inverse (courbe bleue) que fL(t) peut dépasser 1 (région jaune). Les mesures (points et marges d incertitude rouge) effectuées par les chercheurs du CEA suivent la prédiction quantique. Le point désigné par la flèche verte réfute de plus l’inégalité établie par Leggett. Le circuit électrique étudié est donc totalement de caractère quantique, quoique de taille macroscopique : son état électrique n’existe pas s’il n’est pas mesuré et sa mesure le perturbe de manière fondamentale…..La physique classique n est pas réaliste !

Pourquoi un tel résultat est il si intéressant ?Là encore pour vous éviter de retrouver mes archives je dois vous reparler de la « décohérence » …. L'état de superposition quantique ne peut être maintenu selon certains physiciens qu'en l'absence d'interactions avec l'environnement…  ! La rupture de l’état de superposition n'est pas provoquée par cette action « consciente », que nous dénommons « mesure », mais par des interactions physiques avec l'environnement, de sorte que la cohérence est rompue d'autant plus vite qu'il y a plus d'interactions. À l'échelle macroscopique, celui des milliards de milliards de particules en contact, la rupture se produirait donc pratiquement instantanément. Autrement dit, l'état de superposition ne pourrait être parfaitement maintenu selon eux que pour deux objets de très petite taille (des particules) …… L e résultat CEA ouvre une porte : la rétro-action quantique , c'est-à-dire le procédé consistant à mesurer suffisamment faiblement mais en permanence un objet quantique pour qu’on puisse continuer à agir sur lui en fonction de l’information acquise: «  Nous nous demandons notamment si la méthode de mesure utilisée ne pourrait pas servir à conserver par une superposition d’états électriques, en dépit des perturbations inévitables de l’environnement qui tendent à la détruire ", précise Agustin Palacios-Laloy, l un des auteurs "Une telle maîtrise pourrait déboucher sur des applications en traitement quantique de l’information "

Affaire à suivre !