La mécanique quantique est un moyen extraordinairement efficace de comprendre le monde physique à des échelles extrêmement petites. À travers, une poignée de règles peuvent être utilisées pour expliquer la majorité des phénomènes observables expérimentalement. Parfois, cependant, nous rencontrons un problème de mécanique classique qui pose des difficultés particulières de traduction dans le monde quantique.

Une nouvelle étude publiée dans Le Journal Physique Européen D a fourni quelques éclaircissements sur l'un d'entre eux :l'élan. Les auteurs, les physiciens théoriciens Fabio Di Pumpo et Matthias Freyberger de l'Université d'Ulm, Allemagne, présentent un modèle mathématique élégant de la quantité de mouvement quantique accessible via un autre concept classique :le temps de vol.

Beaucoup de gens se souviendront de la définition traditionnelle de la quantité de mouvement de la physique du lycée comme étant le produit de la masse d'un objet et de la vitesse à laquelle il se déplace. Dans la théorie quantique, un objet est représenté par une fonction d'onde et sa position ne peut être déterminée que si la fonction d'onde est « effondrée » en un seul état. C'est l'essence de la mesure en mécanique quantique.

La quantité de mouvement classique peut être obtenue simplement en mesurant le temps qu'un objet met pour passer entre deux détecteurs stationnaires (« temps de vol »), trouver la vitesse et multiplier par la masse. Di Pumpo et Freyberger ont développé un modèle de l'équivalent quantique de cette expérience dans lequel les rôles du temps et de la distance sont inversés :les points de temps sont fixes, et les positions probabilistes d'une fonction d'onde en chaque point, et donc la distance entre eux, estimé. Cette approche utilise des systèmes quantiques supplémentaires appelés pointeurs qui sont couplés à un paquet d'ondes en mouvement à l'aide d'une méthode développée par von Neumann, avec des mesures faites aux pointeurs plutôt qu'à la vague.

Di Pumpo et Freyberger ont ainsi pu en tirer un seul, quantité mesurable qui est un équivalent quantique du temps de vol classique, et de calculer la quantité de mouvement d'une particule quantique assez précisément sur cette base. Ils terminent l'article en suggérant des moyens d'améliorer encore la précision de la mesure.