Un chat de Schrödinger en saphir montre que les effets quantiques peuvent s'intensifier

Nov 22, 2023

Dans un éclat de cristal de saphir à l'intérieur d'un appareil spécialement conçu (illustré), les scientifiques ont créé une imitation du chat de Schrödinger mort et vivant, dans lequel le cristal s'agite simultanément dans deux directions.

Matthieu Fadel

Par Emily Conover

25 avril 2023 à 9h00

Conformément à la grande tradition des chats tubby, un "chat" quantique nouvellement créé est particulièrement massif - du moins pour le domaine quantique.

Les scientifiques placent un morceau de cristal de saphir tremblant dans ce qu'on appelle un "état de chat", dans lequel un objet existe simultanément dans deux états différents. C'est une situation qui rappelle le félin imaginaire préféré des physiciens, le chat de Schrödinger, connu pour être vivant et mort en même temps.

Le nouveau chat saphir est un poids relativement lourd de 16 microgrammes, rapportent les physiciens dans le 21 avril Science. C'est près de la moitié de la masse d'un cil et plus de 100 000 milliards de fois la masse des états félins précédemment créés avec des molécules. "Nous avons atteint un nouveau régime où la mécanique quantique fonctionne apparemment", déclare le physicien Yiwen Chu de l'ETH Zurich.

Dans une parabole quantique imaginée dans les années 1930 par le physicien Erwin Schrödinger, un chat est piégé dans une boîte et, en raison d'effets quantiques, finit vivant et mort en même temps (SN : 26/05/16). Ce scénario paradoxal ne se produit pas dans le monde réel. Alors que les particules quantiques sont capables d'exister simultanément dans deux états distincts – ce qu'on appelle une superposition – ces effets s'effacent pour les trucs de la taille d'un chat.

Les effets quantiques sont généralement confinés aux atomes, aux molécules et autres. Le monde quotidien visible à l'œil humain ne présente pas de propriétés quantiques. Les scientifiques peuvent amadouer certains objets minuscules pour afficher des caractéristiques quantiques (SN : 25/04/18). Mais les scientifiques ne comprennent pas entièrement la frontière entre les domaines quantique et non quantique.

"Nous venons tout juste de commencer à comprendre ce régime intermédiaire", déclare Benjamin Sussman de l'Université d'Ottawa, qui n'a pas participé à la nouvelle étude. "Il est vraiment très intéressant de voir comment ces systèmes quantiques évoluent et comment ils se comportent."

Les états de chat sont une variété particulière de comportements quantiques qui se rapprochent de la recréation de l'idée de Schrödinger. Ce sont des superpositions de deux états distincts selon la physique classique qui décrit le monde quotidien - comme un chat vivant ou mort - plutôt que deux états qui n'existent que dans le domaine quantique, comme les niveaux d'énergie d'un atome.

Dans la nouvelle expérience, les chercheurs ont secoué une partie d'un cristal de saphir de telle manière que ses atomes se sont déplacés dans deux directions à la fois. C'est une distinction qui "capture l'esprit" du chat de Schrödinger, dit Chu.

Le tremblement était confiné dans un éclat de cristal composé de 100 millions de milliards d'atomes. C'est assez grand pour que, s'il était extrait du reste du cristal, il soit visible à l'œil nu, dit Chu.

Pourtant, les oscillations des atomes étaient minuscules, environ un millionième de milliardième de millimètre - pas exactement à l'échelle des objets du quotidien. D'autres démonstrations d'états de chat ont démontré une séparation spatiale beaucoup plus grande, bien qu'elles soient composées de moins d'atomes.

Dans les travaux futurs, Sussman dit qu'il aimerait voir les chercheurs augmenter non seulement la masse, mais aussi la taille des oscillations. "Ça va être vraiment difficile mais ce sera vraiment intéressant."

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Une version de cet article paraît dans le numéro du 3 juin 2023 de Science News.

M. Bild et al. États du chat de Schrödinger d'un oscillateur mécanique de 16 microgrammes. Science. Vol. 380, 21 avril 2023, p. 274. doi : 10.1126/science.adf7553.

L'écrivain de physique Emily Conover est titulaire d'un doctorat. en physique de l'Université de Chicago. Elle est deux fois lauréate du prix Newsbrief de la DC Science Writers' Association.

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