Une équipe internationale de chercheurs a proposé une nouvelle façon de rendre les atomes ou les ions indiscernables en échangeant leurs positions. Ces particules devraient alors présenter des propriétés exotiques. L'étude a impliqué des physiciens de l'Université de Bonn, l'Académie autrichienne des sciences, et l'Université de Californie. L'ouvrage est maintenant publié dans Lettres d'examen physique .

Imaginez que vous jouez au jeu de « Trouvez la dame » - en fait, une version très simple :le croupier n'est pas un escroc endurci, mais plutôt une femme tout à fait honnête. Et sur la table devant elle il n'y a que deux tasses, pas trois. Ceux-ci sont fabriqués à partir de plastique noir et se ressemblent tellement que - essayez comme vous le pouvez - vous ne pouvez pas distinguer l'un de l'autre.

Le croupier déplace les deux tasses d'avant en arrière. Ses mouvements sont très rapides et habiles. Néanmoins, avec un peu de concentration, vous parvenez à suivre ses mouvements. À la fin, vous pouvez indiquer correctement laquelle des tasses était à l'origine à gauche et laquelle à droite.

Mais que se passerait-il si vous fermiez les yeux lorsque les tasses sont déplacées ? Dans ce cas, vous ne pouvez que deviner. Après tout, pour vous, les deux tasses ont l'air complètement identiques. Bien sûr, ils ne le sont pas vraiment - la tasse 1 reste la tasse 1, peu importe la fréquence à laquelle il change de place avec la tasse 2.

Cependant, dans le monde des plus petites choses, des expériences peuvent être effectuées dans lesquelles la chose de l'identité n'est pas si claire. Jouer à un jeu tel que "Trouvez la dame" dans le monde quantique a maintenant été proposé par des physiciens de l'Institut de physique appliquée (IAP) de l'Université de Bonn avec leurs collègues d'Autriche et des États-Unis.

Dans différents endroits en même temps

Dans le monde quantique, les coupelles sont remplacées par deux atomes qui sont exactement dans le même état atomique. "De tels atomes peuvent être produits dans des laboratoires spécialisés avec des techniques de pointe, " explique le professeur Dieter Meschede de l'IAP. " En fait, ils sont complètement identiques et ne diffèrent que par la position à laquelle ils se trouvent. "

Lorsque vous jouez à "Find the Lady" dans le monde des atomes, vous avez une certaine liberté supplémentaire. Par exemple, les chercheurs peuvent compter sur le phénomène de mécanique quantique selon lequel des particules peuvent se trouver à deux endroits différents en même temps. En utilisant intelligemment ce phénomène, les atomes 1 et 2 peuvent, avec un peu de chance, changer de place sans que personne ne s'en aperçoive.

Autrement dit :à la fin de la manipulation quantique, l'observateur n'a aucun moyen de dire - en principe - si l'atome 1 est en fait toujours l'atome 1 ou s'il a été échangé avec l'atome 2. Pour les tasses standard, il serait toujours possible de les distinguer de manière fiable en utilisant leurs plus petites différences telles qu'une entaille microscopique. Ce n'est pas le cas pour les atomes préparés à l'identique; ils sont exactement les mêmes. « À la fin de l'expérience, il n'est donc plus possible – sous quelque forme que ce soit – d'identifier lequel des deux atomes est le numéro 1 et lequel est le numéro 2, " explique le Dr Andrea Alberti de l'IAP.

Cela a aussi des implications philosophiques. Le philosophe allemand Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) est crédité de l'affirmation selon laquelle deux objets sont identiques lorsqu'aucune différence ne peut être discernée entre eux. Suivant la logique de Leibniz, les atomes permutés doivent alors avoir perdu une partie de leur individualité :ils sont deux, pourtant ils sont en quelque sorte un.

Étonnamment, les deux sont également « connectées » l'une à l'autre après avoir changé de place :certaines propriétés des deux particules telles que le spin – le sens de rotation d'un atome – dépendent des deux particules. Si vous observez l'orientation de spin de l'atome 1, alors vous connaîtrez immédiatement l'orientation du spin de l'atome 2 – même sans l'observer directement. "C'est comme si vous jetiez deux pièces indépendamment l'une de l'autre, " explique Andrea Alberti. " Si une pièce montre des têtes, alors cela doit aussi être le cas pour l'autre. » Les physiciens parlent d'« intrication ».

Les chercheurs de l'IAP travaillent actuellement à la mise en pratique de leur proposition théorique. L'expérience peut également être réalisée sous une forme modifiée avec d'autres particules telles que des ions - une voie que les collègues de l'Institut d'optique quantique et d'information quantique d'Innsbruck de l'Académie autrichienne des sciences souhaitent emprunter. « Nous attendons de ces études, dans lequel nous contrôlons avec une grande précision exactement deux particules quantiques, de nouvelles découvertes sur le principe fondamental d'échange de la mécanique quantique, " espère Alberti.