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Mince alors, sacré physique quantique ! Alors que nous nous sommes difficilement habitués au fait que la lumière peut agir comme une onde OU comme une particule, une nouvelle expérience de physique quantique a montré qu’elle peut agir comme une onde ET une particule en même temps.

Jusqu’à présent, les expériences ont révélé que la lumière pouvait agir soit comme une particule ou comme une onde, mais jamais les deux à la fois. Maintenant, pour la première fois, un nouveau type d’expérience a montré que la lumière se comporte à la fois comme une particule et une onde simultanément, offrant une nouvelle dimension à ce dilemme qui pourrait aider à révéler la vraie nature de la lumière et de tout l’univers quantique.

Image d’entête : Cette illustration montre la double nature de la lumière, qui agit à la fois comme des particules et des ondes. (S. Tanzilli, CNRS – traduit par votre Guru)

Le débat remonte à Isaac Newton, qui préconisait que la lumière était constituée de particules et James Clerk Maxwell, dont le succès de sa théorie sur l’électromagnétisme, unifiant les forces de l’électricité et du magnétisme en une seule, s’est fondé sur un modèle de la lumière comme ondes. Puis, en 1905, Albert Einstein a expliqué un phénomène appelé l’effet photoélectrique en utilisant l’idée que la lumière était constituée de particules appelées photons (cette découverte lui a valu le prix Nobel de physique).

En fin de compte, il y a de bonnes raisons de penser que la lumière est à la fois une particule et une onde. En fait, la même chose semble être le cas de toutes les particules subatomiques, y compris les électrons et les quarks et même pour la récente découverte du boson de Higgs. L’idée est appelé dualité onde-particule et c’est un principe fondamental de la théorie de la mécanique quantique.

L’expérience des fentes de Young a permis de mettre en évidence l’interférences des ondes par l’impact des particules, nous en apprenant un peu plus sur le comportement et la nature de la lumière. Elle est assez bien expliquée dans cette petite vidéo :

Selon le type d’expérience utilisé, la lumière, ou tout autre type de particules, se comporte comme une particule ou comme une onde. Jusqu’à présent, les deux aspects de la nature de la lumière n’ont pas été observés au même moment.

Les scientifiques se demandaient si la lumière basculait entre le fait d’être une particule pour être une onde, selon les circonstances ? Ou est-ce que la lumière est toujours à la fois une particule et une onde en même temps ?

Maintenant, pour la première fois, des chercheurs ont mis au point un nouveau type d’appareil de mesure qui permet de détecter à la fois les comportements de particules et d’ondes, en même temps. Le dispositif repose sur un étrange effet quantique appelé non-localité quantique, une notion contre-intuitive qui se résume par l’idée que la même particule peut exister à deux endroits à la fois.

Le physicien Alberto Peruzzo de l’Université de Bristol en Angleterre principal auteur de l’étude précise dans un communiqué :

L’appareil de mesure a détecté une forte non-localité, qui a certifié que le photon, dans notre expérience, se comportait en même temps comme une onde et une particule. Cela représente une forte réfutation des modèles dans lesquels le photon est soit une onde ou une particule.

L’expérience s’appuie, en outre, sur un autre étrange aspect de la mécanique quantique : l’idée d’intrication quantique. Deux particules peuvent s’intriquer afin que les mesures effectuées sur une particule affectent l’autre. De cette façon, les chercheurs ont réussi à permettre aux photons, dans l’expérience, de retarder le choix d’être des particules ou des ondes.

L’étude est publiée sur le journal Science : A Quantum Delayed-Choice Experiment.

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