Les physiciens ont battu des records antérieurs en plaçant avec succès un collectif de 7 000 atomes de sodium dans un état quantique ressemblant au chat de Schrödinger, rapprochant ainsi les réalités contre-intuitives de la mécanique quantique de l’observation quotidienne. L’expérience, détaillée dans Nature le 21 janvier, démontre que le comportement bizarre autrefois confiné aux particules subatomiques peut désormais être observé dans des systèmes de plus en plus grands, bien que toujours microscopiques.
Superposition quantique : au-delà du subatomique
À la base, la découverte se concentre sur la superposition quantique – le phénomène dans lequel une particule existe simultanément dans plusieurs états jusqu’à ce qu’elle soit mesurée. Ce concept, illustré de manière célèbre par l’expérience de pensée de Schrödinger impliquant un chat dans une boîte (à la fois mort et vivant jusqu’à ce qu’il soit observé), est compris théoriquement depuis longtemps, mais le prouver avec des objets de plus en plus macroscopiques reste un défi persistant.
L’équipe dirigée par Sebastian Pedalino de l’Université de Vienne a tiré un faisceau de nanoparticules de sodium à travers une fente étroite. Contrairement aux particules classiques qui passeraient directement à travers, les nanoparticules présentaient un modèle d’interférence – un signe révélateur qu’elles se comportaient à la fois comme des ondes et des particules, existant à plusieurs endroits à la fois. Le résultat repousse les limites de ce qui était auparavant considéré comme possible, établissant un nouveau record pour le plus gros objet observé dans cet état.
Pourquoi c’est important : la décohérence et la fracture quantique-classique
Le principal obstacle à l’observation de la superposition dans des systèmes plus grands est la décohérence. Le monde quantique est fragile ; même de légères interactions avec l’environnement provoquent l’effondrement de la superposition, forçant une particule à se retrouver dans un état unique et défini. Les objets plus grands interagissent plus facilement avec leur environnement, ce qui rend la superposition soutenue exceptionnellement difficile.
Le succès de cette expérience dépend de l’isolement des nanoparticules de sodium afin de minimiser la décohérence. Le travail de l’équipe est important car il ne se contente pas de confirmer l’existence de la superposition à plus grande échelle ; il ouvre la voie à l’étude de systèmes plus complexes, y compris potentiellement des molécules biologiques, dans des états quantiques. Cela pourrait révolutionner des domaines tels que la biochimie et la science des matériaux en permettant aux chercheurs d’étudier leurs propriétés fondamentales de manière entièrement nouvelle.
Le long chemin vers l’ingérence
Pedalino a raconté deux années de résultats non concluants avant d’observer enfin le modèle d’interférence. “Pendant deux ans, j’ai observé des lignes plates”, a-t-il déclaré. La percée s’est produite de manière inattendue, la ligne plate de leurs détecteurs s’élargissant pour former la signature indubitable d’une onde quantique.
L’équipe a quantifié la « macroscopique » des nanoparticules à 15,5, dépassant largement les records précédents. Cela suggère que la frontière entre les mondes quantique et classique n’est pas fixe mais peut être repoussée davantage grâce à des techniques expérimentales améliorées.
“La mécanique quantique en elle-même n’énonce aucune limite. Et c’est ce que nous testons.” – Sebastian Pedalino, Université de Vienne
Le succès de cette expérience représente une étape cruciale vers la compréhension de la nature fondamentale de la réalité. En élargissant l’échelle à laquelle les phénomènes quantiques peuvent être observés, les chercheurs se rapprochent de la résolution de l’un des mystères les plus persistants de la physique. La capacité d’étudier des systèmes superposés plus vastes et plus complexes promet une nouvelle ère de découverte scientifique.
