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21/08/2008

Peut-on ressusciter le chat de Schrödinger ?


Source : http://www.futura-sciences.com/fr/sinformer/actualites/ne...

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences


Le chat de Schrödinger est l'un des paradoxes bien connus de la mécanique quantique.
Ces dernières années, les progrès expérimentaux et la théorie de la
décohérence ont jeté une vive lueur sur ce problème. Une nouvelle
expérience à l’Université de Santa Barbara vient de compliquer quelque
peu ce dernier.

 

En mécanique quantique, le monde est ordinairement représenté dans une superposition d’états. Ainsi, si l’on considère un électron
enfermé dans une boîte pouvant à volonté se scinder en deux boîtes tout
aussi hermétiquement closes, un paradoxe connu sous le nom de «
paradoxe de De Broglie » est facile à dériver de la théorie.

 

Prenons l’une des boîtes et transportons là à
Pékin, alors que la première est laissée à Paris. Selon la mécanique
quantique, en l’absence d’observation pour vérifier dans quelle boîte
se trouve l’électron, il n’est pas possible de dire qu’il se trouve
soit dans la boîte restée à Paris, soit dans celle de Pékin tant qu’on
n’a pas ouverte l’une d’entre elles.

 

Si on le fait, on prédit d’autres résultats
d’expériences que la réalité ne vérifie pas comme le montre par exemple
celles avec les photons
intriqués (expérience EPR). Il faut imaginer que l’électron est dans
une sorte de superposition de deux états de position, décrits par un
vecteur à deux composantes dans un plan avec des axes
perpendiculaires. Les carrés de ces composantes donnent la probabilité
de trouver ce dernier dans l’une des boîtes.

 

Lors d’une expérience, le vecteur d’état «
s’effondre » alors pour coïncider avec l’un des axes sur lequel il est
projeté. La probabilité de trouver l’électron dans une des boîtes lors
d’une seconde mesure est alors certaine.

 

Aussi étrange que cela paraisse, il faut imaginer
que l’électron est simultanément en deux endroits à la fois avant une
mesure et c'est en cela que consiste le paradoxe de De Broglie.

 

Mais, si l’on n’imagine que sa masse, et donc son
énergie, est répartie d’une certaine façon en deux fragments dans
chaque boîte, alors, lors d’une mesure, il faudrait en déduire que de
l’énergie a circulé plus vite que la lumière pour donner un seul électron entier à Paris ou à Pékin.

 

La relativité restreinte interdit cela et il faut donc en conclure que les objets classiques dans l’espace et le temps
n’existent pas vraiment et que seule une observation fait passer les
objets du monde quantique flou et étrange à la réalité bien tangible et
localisée dans l’espace et le temps de la mécanique classique. Une
situation que le grand John Wheeler exprimait par la phrase suivante : « Aucun phénomène n’est un phénomène réel (entendez par là au sens classique) tant qu’il n’est pas observé » et qui est au coeur de l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique.

 

 

Le prix Nobel Louis de Broglie.

 

La mesure joue donc un rôle particulier en
mécanique quantique. La situation la plus bizarre qui en découle est
celle du paradoxe du chat de Schrödinger où un chat enfermé dans une
boîte avec un atome
radioactif, capable de déclencher par sa désintégration la libération
d’un gaz mortel, est à la fois mort et vivant tant que l’on n'a pas
ouvert la boîte, parfaitement isolée du reste de l'Univers, pour
vérifier si l’atome s’était désintégré ou pas. En effet, à cause de l'intrication quantique,
l'atome et le chat forment un seul objet décrit quantiquement. On
n'observe jamais une telle superposition quantique et l'on est donc
conduit à un paradoxe, à moins de rejeter les lois de la mécanique
quantique.

 

La résolution de ce paradoxe, partiel d’une
certaine façon, est de faire remarquer que, malgré tout, rien dans
l’Univers n’est complètement isolable de toute interaction et qu’une
faible interaction de l’atome avec son environnement existe quand même,
qui va provoquer ou non sa désintégration, et forcer l’état du système
à se projeter en un temps assez bref pour un objet macroscopique dans
le monde réel. Voilà pourquoi on n’observe jamais de chat à la fois
mort et vivant. C'est ce que dit la théorie de la décohérence et les expériences le vérifient.

 

Toutefois, selon une interprétation de la mesure en mécanique quantique proposée il y a quelques années par Yakir Aharonov,
il existerait des mesures dites faibles où l’effondrement du vecteur
d’état n’est pas vraiment complet. Un chat de Schrödinger « mort »
pourrait donc être d’une certaine façon ressuscité dans un état à la
fois mort et vivant si l’on s’y prend bien.

 

Cette théorie viendrait d’être testée avec des qubits
par Nadav Katz de l’Université de Santa Barbara et elle semble
effectivement être correcte. Les résultats des expériences ont été
publiés sur arXiv et la communauté des physiciens va devoir maintenant
se pencher sur ces derniers. Ce résultat surprenant, montrant une fois
de plus le caractère très étrange et défiant notre intuition du monde
quantique, sera donc peut-être confirmé, ou infirmé, dans les mois ou
les années à venir. A suivre donc !