Avez-vous déjà été dans plusieurs endroits à la fois ? Si vous êtes beaucoup plus gros qu'un atome, la réponse sera non.

Mais les atomes et les particules sont régis par les règles de la mécanique quantique, dans laquelle plusieurs situations possibles différentes peuvent coexister à la fois.

Les systèmes quantiques sont régis par ce qu'on appelle une « fonction d'onde » :un objet mathématique qui décrit les probabilités de ces différentes situations possibles.

Et ces différentes possibilités peuvent coexister dans la fonction d'onde comme ce qu'on appelle une « superposition » d'états différents. Par exemple, une particule existant à plusieurs endroits différents à la fois est ce que nous appelons "superposition spatiale".

Ce n'est que lorsqu'une mesure est effectuée que la fonction d'onde "s'effondre" et que le système se retrouve dans un état défini.

Généralement, la mécanique quantique s'applique au monde minuscule des atomes et des particules. Le jury ne sait toujours pas ce que cela signifie pour les objets à grande échelle.

Dans notre recherche, publié aujourd'hui dans Optique , nous proposons une expérience qui peut résoudre cette question épineuse une fois pour toutes.

Le chat d'Erwin Schrödinger

Dans les années 1930, Le physicien autrichien Erwin Schrödinger a proposé sa célèbre expérience de pensée sur un chat dans une boîte qui, selon la mécanique quantique, pourrait être vivant et mort en même temps.

Dedans, un chat est placé dans une boîte scellée dans laquelle un événement quantique aléatoire a 50 à 50 chances de le tuer. Jusqu'à ce que la boîte soit ouverte et que le chat soit observé, le chat est mort tous les deux et vivant en même temps.

En d'autres termes, le chat existe sous forme de fonction d'onde (avec de multiples possibilités) avant d'être observé. Lorsqu'il est observé, il devient un objet défini.

Après de longs débats, la communauté scientifique de l'époque est parvenue à un consensus avec "l'interprétation de Copenhague". Cela dit essentiellement que la mécanique quantique ne peut s'appliquer qu'aux atomes et aux molécules, mais ne peut pas décrire des objets beaucoup plus gros.

Il s'avère qu'ils avaient tort.

Au cours des deux dernières décennies environ, les physiciens ont créé des états quantiques dans des objets constitués de milliers de milliards d'atomes, suffisamment gros pour être vus à l'œil nu. Même si, Cela a pas encore inclus la superposition spatiale.

Comment une fonction d'onde devient-elle réelle ?

Mais comment la fonction d'onde devient-elle un objet « réel » ?

C'est ce que les physiciens appellent le "problème de mesure quantique". Cela a intrigué les scientifiques et les philosophes pendant environ un siècle.

S'il existe un mécanisme qui supprime le potentiel de superposition quantique des objets à grande échelle, il faudrait en quelque sorte "perturber" la fonction d'onde - et cela créerait de la chaleur.

Si une telle chaleur est trouvée, cela implique que la superposition quantique à grande échelle est impossible. Si une telle chaleur est exclue, alors il est probable que la nature ne se soucie pas d'"être quantique" à n'importe quelle taille.

Si ce dernier est le cas, avec l'avancement de la technologie, nous pourrions mettre de gros objets, peut-être même des êtres sensibles, dans les états quantiques.

Les physiciens ne savent pas à quoi ressemblerait un mécanisme empêchant les superpositions quantiques à grande échelle. Selon certains, c'est un domaine cosmologique inconnu. D'autres soupçonnent que la gravité pourrait y être pour quelque chose.

Le lauréat du prix Nobel de physique de cette année, Roger Penrose, pense que cela pourrait être une conséquence de la conscience des êtres vivants.

À la poursuite de mouvements minuscules

Au cours de la dernière décennie, les physiciens ont recherché fébrilement une trace de chaleur qui indiquerait une perturbation de la fonction d'onde.

Pour le découvrir, nous aurions besoin d'une méthode capable de supprimer (aussi parfaitement que possible) toutes les autres sources de chaleur « en excès » qui pourraient entraver une mesure précise.

Nous aurions également besoin de contrôler un effet appelé "backaction" quantique, dans lequel l'acte d'observer lui-même crée de la chaleur.

Dans notre recherche, nous avons formulé une telle expérience, ce qui pourrait révéler si la superposition spatiale est possible pour des objets à grande échelle. Les meilleures expériences à ce jour n'ont pas été en mesure d'atteindre cet objectif.

Trouver la réponse avec de minuscules faisceaux qui vibrent

Notre expérience utiliserait des résonateurs à des fréquences beaucoup plus élevées que celles utilisées. Cela éliminerait le problème de la chaleur du réfrigérateur lui-même.

Comme ce fut le cas dans les expériences précédentes, nous aurions besoin d'utiliser un réfrigérateur à 0,01 degré kelvin au-dessus du zéro absolu. (Le zéro absolu est la température la plus basse théoriquement possible).

Avec cette combinaison de très basses températures et de très hautes fréquences, les vibrations dans les résonateurs subissent un processus appelé "condensation de Bose".

Vous pouvez imaginer que le résonateur devient si solidement gelé que la chaleur du réfrigérateur ne peut pas le faire bouger, même pas un peu.

Nous utiliserions également une stratégie de mesure différente qui ne regarde pas du tout le mouvement du résonateur, mais plutôt la quantité d'énergie dont il dispose. Cette méthode supprimerait fortement la chaleur de réaction, trop.

Mais comment ferions-nous cela?

Des particules de lumière entreraient dans le résonateur et rebondiraient quelques millions de fois, absorber tout excès d'énergie. Ils finiraient par quitter le résonateur, évacuer l'excès d'énergie.

En mesurant l'énergie des particules lumineuses qui sortent, nous pouvions déterminer s'il y avait de la chaleur dans le résonateur.

Si de la chaleur était présente, cela indiquerait qu'une source inconnue (que nous n'avons pas contrôlée) avait perturbé la fonction d'onde. Et cela signifierait qu'il est impossible que la superposition se produise à grande échelle.

Tout est-il quantique ?

L'expérience que nous proposons est exigeante. Ce n'est pas le genre de chose que vous pouvez mettre en place avec désinvolture un dimanche après-midi. Cela peut prendre des années de développement, des millions de dollars et tout un tas de physiciens expérimentateurs qualifiés.

Néanmoins, cela pourrait répondre à l'une des questions les plus fascinantes sur notre réalité :tout est-il quantique ? Et donc, nous pensons certainement que cela en vaut la peine.

Quant à mettre un humain, ou chat, en superposition quantique - il n'y a vraiment aucun moyen pour nous de savoir comment cela affecterait cet être.

Heureusement, c'est une question à laquelle nous n'avons pas à réfléchir, pour l'instant.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.