Des scientifiques qui étudient comment les particules de lumière (ou photons) s’enchevêtrent à l’échelle quantique ont fait une découverte tout à fait inattendue, qui remet en question des hypothèses de longue date sur les moments initiaux de ce qu’Einstein appelait “l’action étrange à distance”.
Lorsque l’équipe a créé des paires de photons intriqués, ces particules ne sont pas nées au même endroit et ne se sont pas séparées comme prévu – elles ont émergé de points entièrement différents dans l’espace, ce qui signifie que la théorie quantique pourrait devoir tenir compte de beaucoup plus d’aléas que nous le pensions.
“Jusqu’à présent, on supposait que ces photons appariés provenaient du même endroit”, explique l’un des chercheurs, David Andrews, de l’université d’East Anglia au Royaume-Uni.
“Maintenant, l’identification d’un nouveau mécanisme délocalisé montre que chaque paire de photons peut être émise à partir de points spatialement séparés, introduisant une nouvelle incertitude positionnelle d’origine quantique fondamentale.”
L’équipe a découvert ce phénomène en réalisant une expérience d’intrication très simple appelée “conversion paramétrique descendante spontanée” (SPDC), qui consiste à envoyer des faisceaux de photons à travers un cristal tel que le borate de baryum, afin de générer des paires de particules lumineuses intriquées.
Comme l’explique l’auteur de Spooky Action at a Distance, George Musser :
“Si vous installez le cristal correctement, l’amplification est si puissante qu’elle transforme le bruit en un véritable faisceau lumineux. Un seul faisceau entrant (typiquement bleu ou ultraviolet) peut ainsi faire apparaître deux faisceaux (typiquement rouges). Ce processus se produit particule par particule : chaque photon bleu se divise en deux photons rouges.”
Voici une démonstration du processus :
Lorsque les photons uniques se divisent en deux – ce qui ne se produit généralement que dans les cas d’intrication quantique, un phénomène par lequel deux particules interagissent de telle sorte qu’elles deviennent profondément liées et “partagent” une existence
Cela signifie que ce qui arrive à une particule affecte directement et instantanément ce qui arrive à l’autre, même si sa partenaire se trouve à plusieurs années-lumière.
On supposait que lorsque les photons uniques sont divisés en paires intriquées, ils émergent du même point du cristal et partagent des propriétés telles que l’énergie, la quantité de mouvement et la polarisation à des vitesses d’au moins 10 000 fois la vitesse de la lumière.
Mais Andrews et son équipe ont découvert que ces paires intriquées pouvaient en fait apparaître dans des parties totalement différentes du cristal.
“Les photons appariés peuvent émerger avec des séparations dans leur origine de centièmes de micron – malgré le fait qu’ils soient enchevêtrés”, a-t-il déclaré à Michael Franco au New Atlas.
“C’est comme s’ils n’étaient même pas nés proches les uns des autres en termes de dimensions atomiques.”
La question qui se pose maintenant est la suivante : comment savons-nous où seront ces différentes positions ?
Les chercheurs soupçonnent que les positions sont influencées par les variations individuelles des photons. La prochaine étape consistera à confirmer ce comportement de manière indépendante et à établir une méthode permettant de prédire où les photons pourraient apparaître.
De nombreuses questions restent en suspens, mais une chose est sûre : les photons sont bien plus mystérieux que nous ne le pensions.
Comme le dit Andrews dans un communiqué de presse : “Tout a un certain flou quantique, et les photons ne sont pas les petites balles de lumière dures que l’on imagine généralement.”
Les travaux de recherche ont été publiés dans Physical Review Letters.