Un neutron à deux endroits à la fois : le phénomène de superposition quantique mesuré pour la première fois de façon directe

2 juin 2022 à 8:31 AM

Les phénomènes quantiques sont fatalement troublés lorsqu'on les observe. Aussi avait-il toujours fallu s'appuyer sur des résultats statistiques pour prouver expérimentalement le principe de superposition quantique, autrement dit la capacité des particules à se déplacer sur deux chemins au même moment. Une équipe viennoise a annoncé avoir enfin pu observer la distribution physique d'un seul neutron en deux endroits à la fois.

S’il est une expérience emblématique en mécanique quantique, c’est bien celle dite des . Réalisée pour la première fois en 1801 par le physicien Thomas Young, elle consiste à faire passer de la lumière à travers deux petit trous ou fentes et à observer le motif créé sur un écran (en l’occurence, un motif de diffraction, c’est-à-dire formant des rayures sombres et lumineuses). Si à l’époque, elle permit de mettre en évidence la nature ondulatoire de la lumière, elle fut par la suite utilisée avec des particules de matière individuelles, comme des électrons, des neutrons ou des protons. Elle révéla alors l’un des plus grands principes de la physique quantique : la "dualité onde-corpuscule", soit le fait qu’un objet quantique se comporte tantôt comme une onde, tantôt comme une particule… ou comme les deux à la fois, selon les conditions dans lesquelles il est observé. Les interférences (les rayures), elles, montrent que la matière présente un comportement ondulatoire, mais la façon dont ses particules sont détectées (leur impact sur l’écran) reflète leur comportement corpusculaire.

Observer, c'est perturber

Tant qu’on ne mesure pas un objet quantique, qu’on le "laisse tranquille", il va vivre sa vie d’onde. En revanche, dès qu’on le mesure, le filou va se réduire à l’état de particule. Ainsi, tenter de savoir par quelle fente le photon ou l’électron est passé, en plaçant par exemple un détecteur près de chaque fente, l’oblige à se comporter comme une particule, et non plus comme une onde (même si l’impact va être préférentiellement localisé dans les zones où l’onde est forte, révélant une distribution par probabilité de présence). Il est donc impossible d’avoir à la fois les interférences et de savoir par quelle fente est passé l’objet !

Observer, c'est perturber

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