La fin du principe de complémentarité de Bohr?
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Selon la mécanique quantique, les expériences sur les particules quantiques présentent un aspect corpusculaire et ondulatoire à la fois. C’est la fameuse dualité « onde-corpuscule ». A ce sujet, voir ce billet.
Le principe de complémentarité de Bohr prévoit quant à lui qu’il n’est pas possible d’observer les deux aspects en même temps. Et jusqu’à récemment, c’était vrai : les expériences (dont l’expérience des fentes d’Young) montraient soit l’aspect ondulatoire, soit l’aspect corpusculaire.
Shahriar S. Afshar a repris l’expérience des fentes d’Young et l’a adaptée pour qu’elle puisse révéler les deux aspects à la fois. Le système est ingénieux et presque trivial. Le tout était d’y penser.
Son expérience semble réfuter le principe de complémentarité de bohr, puisqu’elle montre que les photons se comportent de façon ondulatoire malgré la connaissance du chemin par lequel ils sont passés (en tant que particules). Si cette expérience se confirme, ça pourrait bien être une petite révolution dans le « monde quantique ».
Sources :
- Le blog d’Automates Intelligents : Pourra-t-on sauver le soldat Niels Bohr? où l’on trouvera un schéma de l’expérience.
- L’article de Shahriar S. Afshar est ici.
- Voir aussi l’article d’Automates intelligents de juillet 2004.
J’ai vraiment du mal à comprendre les implications de cette expérience. J’ai toujours pensé que le photon passait les fentes de manière en quelque sorte « dilué », et donc qu’il n’y avait pas vraiment de sens physique au passage du photon dans une fente. Si je comprends bien, cette expérience indique que oui, il y a un sens physique et que le photon devrait passer par une fente donnée. Mais dans ce cas, comment concilier cette manip avec le fait que si on essaie de détecter le photon plus tôt, on réduit le paquet d’ondes et on détruit les franges d’interférence ? Ne détecte-t-on pas plutôt dans cette manip une espèce de probabilité a posteriori pour un photon d’être passé par une fente? Je suis un peu perdu…
Commentaire par Tom Roud — 28 mars 2007 @ 23:40
Le grand exploit de cette expérience est d’avoir été capable de montrer les deux aspects (corpusculaire et ondulatoire) du photon dans une seule et même expérience.
Comme tu le rappelles, dans toutes les expériences cherchant à savoir par quel fente est passé le photon, les interférences (phénomène ondulatoire) disparaissent et seul reste l’aspect corpusculaire (impact ponctuel sur un écran ou autre moyen de mesurer la présence d’un photon). Dans ces expériences, il n’y a que l’aspect particule qui apparaît : les trajectoires des photons peuvent être décrites par la théorie de Newton (comme si on lançait des petites billes à travers les fentes d’un écran).
La difficulté est que la mécanique quantique n’est pas vraiment une description du monde comme l’est la théorie classique. La mécanique quantique permet de prédire la probabilité de telle ou telle mesure, mais ne décrit l’objet sur lequel porte la mesure que par l’intermédiaire des images classiques de particule ou d’onde. Et les expériences n’ont jamais montré clairement les deux aspects en même temps.
Si l’on a affaire à des particules, leur extension spatiale est limitée : elles devraient avoir une trajectoire et passer nécessairement par l’une ou l’autre des deux fentes. Si l’on a affaire à une onde, elle passe par les deux fentes en même temps pour produire des interférences. Or toutes les expériences respectaient cette dichotomie : soit on voit une onde, soit on voit une particule, mais les deux en même temps.
Ici on voit que l’on a une particule puisque l’on sait par quel fente elle est passée. Et en même temps, on sait qu’il y a eu des interférences (sinon la grille placée devant la lentille aurait arrêté une partie des photons). L’expérience semble donc dire que le photon est une particule ET une onde en même temps. (Enfin, ça n’est qu’une image encore une fois).
Il n’y a aucun problème avec la mécanique quantique. Au contraire, on pourrait presque dire qu’il n’y a pas plus quantique que cette expérience, les autres expériences ne dévoilant qu’un seul aspect à la fois.
Par contre, le principe de complémentarité qui ne vient pas de la théorie, mais s’était trouvé « justifié » par l’absence d’expériences montrant les deux aspects à la fois, est invalidé. Une sorte de dogme est tombé. On ne peut pas dire que cette expérience nous dévoile quelque chose de plus sur la mécanique quantique, mais elle nous libère d’un a priori qui était bien ancré sous la forme de ce principe.
Pour répondre à ta question sur la conciliation avec les autres expériences, cette expérience ne remet pas en cause les autres expériences. La mesure de l’aspect corpusculaire est faite après que les interférences aient eu lieu. Elles ne peuvent donc pas être détruites. (Le plus convaincant est de voir l’image de l’expérience sur le blog d’automates intelligents. Je l’aurais bien copiée ici, mais il y a probablement des droits d’auteur à respecter).
En fait on peut tenter de formuler les choses comme ça : au lieu de chercher à déterminer la trajectoire sur une expérience d’interférences, S. Afshar a cherché à montrer l’existence d’interférences sur une expérience déterminant la trajectoire.
On pourrait arguer que les interférences ne sont pas vues réellement dans cette expérience. Elles sont inférées à partir de l’intensité transmise. Néanmoins, il n’y a guère de doute possible sur la présence d’interférence.
J’espère avoir répondu à tes questions.
Commentaire par Sebastiao Correia — 29 mars 2007 @ 22:04