Une équipe de chercheurs suisses a observé le paradoxe mécanique quantique d’Einstein-Podolsky-Rosen dans un système d’atomes ultrafroids en interaction. Leur travail est publié dans le journal Science.
Un nuage d’atomes est maintenu au-dessus d’une puce par des champs électromagnétiques ; le paradoxe EPR a été observé entre les régions A et B séparées dans l’espace. Crédit photo : Département de physique, Université de Bâle.
“Avec quelle précision pouvons-nous prédire les résultats des mesures sur un système physique ? Dans le monde des minuscules particules, qui est régi par les lois de la physique quantique, il existe une limite fondamentale à la précision de ces prédictions”, a déclaré le chef d’équipe, le professeur Philipp Treutlein de l’Université de Bâle et ses collègues.
“Cette limite est exprimée par la relation d’incertitude d’Heisenberg, qui stipule qu’il est impossible de prédire simultanément, par exemple, les mesures de la position et du moment d’une particule, ou de deux composantes d’un spin, avec une précision arbitraire.”
En 1935, cependant, Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen ont publié un article dans la revue “The Journal”. Physical Review dans lequel ils montrent que des prédictions précises sont théoriquement possibles dans certaines circonstances.
“Pour ce faire, ils ont considéré deux systèmes, A et B, dans ce que l’on appelle un état ‘intriqué’, dans lequel leurs propriétés sont fortement corrélées”, expliquent les physiciens.
“Dans ce cas, les résultats des mesures sur le système A peuvent être utilisés pour prédire les résultats des mesures correspondantes sur le système B avec, en principe, une précision arbitraire. Ceci est possible même si les systèmes A et B sont séparés dans l’espace.”
“Le paradoxe est qu’un observateur peut utiliser des mesures sur le système A pour faire des déclarations plus précises sur le système B qu’un observateur qui a un accès direct au système B (mais pas à A).”
Dans le passé, des expériences ont utilisé la lumière ou des atomes individuels pour étudier le paradoxe Einstein-Podolsky-Rosen (EPR).
Aujourd’hui, le professeur Treutlein et ses co-auteurs ont réussi à observer le paradoxe en utilisant un condensat de Bose-Einstein – un système de particules multiples composé de plusieurs centaines d’atomes en interaction – pour la première fois.
L’équipe a utilisé des lasers pour refroidir les atomes à seulement quelques milliardièmes de degré au-dessus du zéro absolu.
Dans ce nuage ultra-froid, les atomes entrent constamment en collision les uns avec les autres, ce qui provoque l’enchevêtrement de leurs spins.
Les physiciens ont ensuite pris des mesures du spin dans des régions spatialement séparées du condensat.
Grâce à l’imagerie à haute résolution, ils ont pu mesurer directement les corrélations de spin entre les régions séparées et, en même temps, localiser les atomes dans des positions précisément définies.
Avec leur expérience, ils ont réussi à utiliser les mesures dans une région donnée pour prédire les résultats d’une autre région.
“Les résultats des mesures dans les deux régions étaient si fortement corrélés qu’ils nous ont permis de démontrer le paradoxe EPR”, a déclaré Matteo Fadel, étudiant en doctorat à l’Université de Bâle.
“C’est fascinant d’observer un phénomène aussi fondamental de la physique quantique dans des systèmes toujours plus grands. En même temps, nos expériences établissent un lien entre deux des travaux les plus importants d’Einstein.”
