Mécanique quantique : Comment réussir à observer un photon sans l'altérer ?

[Guest anais]

Mécanique quantique : Comment réussir à observer un photon sans l'altérer ?

matière Par JF Maquiné le 20 Mars 2007

 

La mécanique quantique a, dès ses débuts dans les années 1920, posé un grave problème. Celui de la mesure et de manière plus générale celui de l'observation. Peut-on observer un atome, une particule élémentaire sans les altérer et donc sans altérer la mesure elle-même ? Effectivement le problème réside dans le fait que tout appareil de mesure ou simplement d'observation est composé d'atomes et de particules qui peuvent interargir avec l'objet de l'observation avant que l'observation ou la mesure ait pu être faite. Ce problème est encore plus épineux avec les photons dont l'énergie est immédiatement absorbée par tout système d'observation. Pourtant on a réussi à observer et étudier des atomes seuls, des électrons, ... Pourquoi n'y aurait-il pas moyen d'observer un photon ?

 

C'est chose faite et de très belle manière. Vous allez voir c'est tellement simple qu'on se demande comment on n'y a pas pensé plus tôt. Mais là réside aussi les belles découvertes scientifiques. Donc une équipe de jeunes chercheurs de l'Ecole Normale Supérieure, Laboratoire Kastler-Brossel, a réussi à observer un photon seul. La prochaine étape sera d'observer un photon en état de superposition. L'état de superposition correspond à la situation où une particule est dans deux états quantiques à la fois. Ceci ramène aussi à la fameuse expérience de pensée nommée le chat de Schrödinger. Le savoir faire de ces physiciens pourrait bien mettre un terme à la question de savoir si le chat est vivant ou mort ;).

 

C'est Michel Brune, Jean-Michel Raimond, Serge Haroche et des collègues brésiliens qui sont à l'origine de l'idée il y a une quinzaine d'années. Mais à l'époque les moyens techniques ne permettaient pas de réaliser l'expérience. Elle a été réalisée en septembre 2006 par Sébastien Gleyzes et Stefan Kuhr.

 

Pour réussir cette expérience, il fallait surmonter deux problèmes. Le premier, pouvoir mesurer le photon sans altérer son énergie. Le second, prendre au piège un photon suffisamment longtemps. Le premier problème a été résolu en prenant des atomes dans un état particulier dit de Rydberg. Dans cet état, les atomes ne captent pas le photon. Par contre ses électrons sont sensibles au champ électromagnétique du photon. Il suffit donc d'enregistrer les variations que subissent les électrons pour mesurer le photon. Le second problème consiste à utiliser un piège à photon. Il consiste en 2 miroirs espacés de 2,7 cm, refroidis à -273° Celsius pour augmenter au maximum leur réflexion. Dans ce piège, le photon parcourt près de 39000 km en étant réfléchi près d'un milliard de fois sur une durée de 0,13 seconde. C'est durant cet intervalle de temps et dans ce petit espace que le photon est mesuré.

 

Par sa simplicité, on ne le remarque pas trop, mais c'est une expérience brillante et qui fera date. On peut s'attendre aussi à ce qu'elle influence et initie d'autres expériences importantes. Le jour de cette expérience a été un beau jour pour la physique

 

Sources et liens utiles :

 

* Journal Le Figaro : Premiers regards sur la vie et la mort d'un photon

 

 

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[Hynda 10]

Bonjour et merci pour l'artile Anais;

J'aime bien la mecanique quantique et c'est bien de y interesser, à mes connaisance il ya tres peu de gens qui la metrise en monde entier. Je crois qu'ils ne dépassent pas une 20ene.

[Guest anais]

voilà une découverte intéressante :

 

 

Vie et mort d’un photon

 

Réussir à piéger un photon pendant un dixième de seconde puis vérifier que ce grain de lumière est toujours « en vie » sans que le détecteur l’ait absorbé et, malencontreusement, fait disparaître, telle est la prouesse récente des chercheurs du laboratoire Kastler-Brossel de l’Ecole normale supérieure de Paris. Ce, grâce à deux dispositifs clés : d’abord, une « cavité-piège » de trois centimètres de large, constituée de miroirs supraconducteurs d’excellente qualité. Un dispositif cent fois plus efficace que celui utilisé dans une expérience précédente qui piégeait les photons pendant une milliseconde seulement, temps trop court pour les observer. Ensuite, le dispositif de contrôle. Il repose sur des atomes de rubidium qui, envoyés à la queue leu leu, vérifient quasi en continu l’état de santé du photon dans la cavité. Préparés en amont pour ne pas absorber le photon, ils se modifient très légèrement en sa présence, de sorte que cet infime changement d’état peut être détecté quand ils ressortent de la cavité. Une centaine d’atomes ont ainsi effectué d’habiles coups de sonde. Ce tour de force ouvre la voie à de nouvelles expériences qui permettront, en augmentant le nombre de photons dans la cavité, d’explorer le passage du monde quantique (zéro, un photon ou un état superposé des deux à la fois !) au monde classique (de nombreux photons et pas de superpositions).

 

 

 

David Larousserie

Sciences et Avenir (Avril 2007)

[Durakwir 10]

Un monde fascinant que celui de la physique quantique.

Bravo pour l'equipe et merci pour l'info !

[Hynda 10]

tout a l'heure j'ai hesité avant de dire que Feynmam est bc plus spetialiste en mecanique classique et en electromagnetisme comme c'est indiqué sur le titre des livres que tu a presenté. Il faut noté que la mecanique quantique et l'electromagnetique sont differents.

[Hynda 10]

je dirais bc plus que la mecanique quantique explique certain phenomeme mieu que d'autre theorie, mais cela ne veux pas dire qelle s'approche de la realité.

la MC donne de bonne resultat, donc il ya pas une raison de la rejeté.( la plupart de ces theorie ne sont pas prouvés).

[Hynda 10]

Hynda, il fait chaud dehors, et la clim est en panne. Donc, on va dire que nous sommes globalement d'accord :D

 

c'est comme tu veux chef.

[Durakwir 10]

Au sujet de la realite

 

Ce que l'on croit etre la realite n'est en fait qu'une construction de notre cerveau, une illusion !

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Niels Bohr au sujet de la mecanique quantique

For those who are not shocked when they first come across quantum theory cannot possibly have understood it.

 

Dio

The closer you get to the meaning

The sooner you'll know that you're dreaming

 

 

Pour dire que la mecanique quantique, en ce qu'elle a comme implication sur le plan philosophique et metaphysique, a bouscule plus d'un, y compris parmis ses fervents defenseurs. On peut la manier avec dexterite ( not me :D: ) mais il sera toujours difficil de lui trouve une signification quelconque, tellement ses manifestations sont a des annees lumieres de ce que nous qualifions de sens commun et d'intuitif. Dans ce sens, vous etes en effet globalement d'accord :04:

 

 

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[Hynda 10]

Ce que l'on croit etre la realite n'est en fait qu'une construction de notre cerveau, une illusion !

 

 

La science est un ocean, on est telement aurguilleux qu'on croit qu'on s'approche de la réalité.

[Hynda 10]

Hynda, ce qui est sûr, c'est qu'on ne s'eloigne pas de la verité,

Si c'est le cas pour quoi tout ces guerres, pollution, destruction de la nature.....la liste est langue. a mon avie la technologie ne fait pas les civilisations.