Une nouvelle relation d’incertitude, reliant la mécanique quantique et la précision avec laquelle la température peut être mesurée, a été découverte par les physiciens théoriciens de l’Université d’Exeter, Janet Anders et Harry Miller.
Quelle est la température du café de Schrödinger ? Crédit photo : Myriams Fotos / Wynn Pointaux / Sci-News.com.
“Si vous mesurez la température de votre café à l’aide d’un thermomètre standard en vente libre, vous trouverez 90 degrés Celsius, à 0,5 degré près”, ont déclaré le Dr Anders et Miller.
“L’incertitude de température dans votre lecture provient du fait que le niveau de mercure dans le thermomètre fluctue un peu, en raison des collisions microscopiques des atomes de mercure.”
“Les choses deviennent plus intéressantes lorsqu’on essaie de mesurer la température de petits objets, comme des dispositifs nanométriques ou des cellules uniques.”
“Pour obtenir des mesures précises, il faut utiliser des thermomètres à l’échelle nanométrique constitués de quelques atomes seulement.”
Les chercheurs ont développé un nouveau cadre théorique qui permet de caractériser les minuscules thermomètres et d’établir leur précision ultime réalisable.
Il s’avère que, dans certaines circonstances, l’incertitude des relevés de température est sujette à des fluctuations supplémentaires, dues à des effets quantiques.
Plus précisément, de minuscules thermomètres peuvent se trouver dans une superposition entre différentes températures, par exemple 90,5 degrés Celsius et 89,5 degrés Celsius, tout comme le chat de Schrödinger peut se trouver dans une superposition entre mort et vivant.
“En plus du bruit thermique présent lors de la mesure de la température, la possibilité d’être dans une superposition signifie que les fluctuations quantiques influencent la façon dont nous observons la température à l’échelle nanométrique”, a déclaré Miller.
Cette découverte établit un nouveau lien entre l’incertitude quantique, découlant de ces états de superposition, et la précision des mesures de température.
À l’avenir, cette relation d’incertitude sera utile aux expérimentateurs pour concevoir des thermomètres nanométriques optimaux qui tiennent compte des effets de la mécanique quantique.
“Cette découverte est une étape importante pour l’extension des concepts et des lois thermodynamiques à l’échelle nanométrique, où nos hypothèses macroscopiques s’effondrent”, a déclaré le Dr Anders.
La recherche est publiée dans le journal Nature Communications.
