Des physiciens du laboratoire national de Brookhaven (BNL/ États-Unis) ont découvert un tout nouveau type d’intrication quantique, le phénomène étrange qui lie les particules, quelle que soit la distance. Dans des expériences de collision de particules, la nouvelle intrication a permis aux scientifiques de scruter l’intérieur de noyaux atomiques avec des détails sans précédent.

Image d’entête :  une représentation de l’intrication quantique. (Johan Jarnestad/ Académie royale des sciences de Suède)

Des paires de particules peuvent devenir tellement intriquées que l’une ne peut plus être dissociée de l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare. Plus étrange encore, la modification d’une particule déclenche instantanément une modification de sa partenaire, même si celle-ci se trouve à l’autre bout de l’univers. Cette idée, connue sous le nom d’intrication quantique, nous semble impossible, nous qui sommes ancrés dans le domaine de la physique classique. Même Einstein en a été déconcerté, la qualifiant ”d’action étrange à distance ». Pourtant, des décennies d’expériences n’ont cessé de la confirmer et elle est à la base de technologies émergentes comme les ordinateurs et les réseaux quantiques.

Habituellement, les observations de l’intrication quantique sont réalisées entre des paires de photons ou d’électrons identiques par nature. Mais maintenant, pour la première fois, l’équipe du BNL a détecté des paires de particules différentes qui subissent une intrication quantique.

La découverte a été faite dans le Collisionneur d’ions lourds relativistes (RHIC) STAR du laboratoire de Brookhaven, qui sonde les formes de matière qui existaient dans l’univers primitif en accélérant et en faisant s’entrechoquer des ions d’or. Mais l’équipe a constaté que même lorsque les ions n’entraient pas en collision, il y avait encore beaucoup à apprendre des collisions évitées de justesse.

Le détecteur STAR du collisionneur d’ions lourds relativistes des laboratoires de Brookhaven, où a été découverte une nouvelle forme d’intrication quantique. (Brookhaven National Laboratory)

Les ions d’or accélérés sont entourés de petits nuages de photons, et lorsque deux ions passent à proximité l’un de l’autre, les photons de l’un peuvent capturer une image de la structure interne de l’autre. Ce seul fait est suffisamment intriguant pour les physiciens, mais cela ne peut se produire que grâce à une forme inédite d’intrication quantique.

Les photons interagissent avec des particules élémentaires à l’intérieur du noyau de chaque ion, déclenchant une cascade qui finit par produire des paires de particules appelées pions, une positive et une négative. Comme vous vous en souvenez peut-être, certaines particules peuvent également être décrites comme des ondes, et dans ce cas, les ondes des deux pions négatifs se renforcent mutuellement, et celles des deux pions positifs se renforcent mutuellement. Il en résulte qu’une seule fonction d’onde de pion positif et une seule fonction d’onde de pion négatif frappent le détecteur.

Cela indique que chaque paire de pions positifs et négatifs est intriquée avec l’autre. Si ce n’était pas le cas, explique l’équipe, les fonctions d’onde qui frappent le détecteur seraient complètement aléatoires. Il s’agit donc de la première détection d’intrication quantique de particules dissemblables.

Diagramme illustrant comment le type d’intrication quantique découvert récemment a été détecté. Les cercles jaunes sont des ions or, et les cercles bleus et roses sont respectivement des pions positifs et négatifs. Les ondes de chacun d’eux renforcent les ondes du même pion provenant de l’autre ion, de sorte qu’elles atteignent le détecteur en deux signaux forts, représentés par les concentrations d’ondes bleues et roses en haut de l’image. Cela ne peut fonctionner que si les pions positifs et négatifs de chaque ion sont intriqués “quantiquement”, sous une forme qui n’a jamais été vue auparavant. (Brookhaven National Laboratory)

Selon Zhangbu Xu, l’un des auteurs de l’étude :

Nous mesurons deux particules sortantes et il est clair que leurs charges sont différentes, ce sont des particules différentes, mais nous observons des modèles d’interférence qui indiquent que ces particules sont intriquées, ou synchronisées l’une avec l’autre, même si ce sont des particules distinctes.

En plus d’élargir nos connaissances sur la physique quantique, cette découverte pourrait conduire à de nouvelles technologies, comme la méthode utilisée par l’équipe pour observer l’intérieur du noyau des ions d’or.

Les physiciens du Brookhaven Lab, James Daniel Brandenburg (devant) et Zhangbu Xu se tiennent aux côtés du détecteur STAR du RHIC. (Brookhaven National Laboratory)

L’étude publiée dans Science Advances : Tomography of ultrarelativistic nuclei with polarized photon-gluon collisions et présentée sur le site du laboratoire national de Brookhaven : New Type of Entanglement Lets Scientists ‘See’ Inside Nuclei.

Il n’y a aucune publicité sur GuruMeditation et le Guru ne compte que sur la reconnaissance de ses lecteurs/ lectrices. 

Merci pour votre aide !