Théorie de la décohérence
La petite histoire
Comprendre simplement
Domaines de présence
Son interprétation dans l'avenir
Les références
Mais encore …
by Pepe ©
 
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La petite histoire  Up Page
Le chaînon manquant
La superposition d'états, une exclusivité quantique. Selon le prix Nobel de physique américain Richard Feynman, le "seul véritable problème en physique quantique", c'est qu'il subsiste un "chaînon manquant" entre le monde quantique et le monde classique. Durant ces années 30, âge d'or de la physique, les "créateurs" de la théorie quantique se nomment Niels Bohr, Werner Heisenberg et Wolgang Pauli.

Comprendre simplement  Up Page
Principe de superposition
A l'origine d'une bonne partie des bizarreries quantiques (ou qui nous apparaissent comme telles), on trouve le "principe de superposition". De quoi s'agit-il ? Les caractéristiques d'un atome, d'une particule ou de tout autre système quantique constitue ce qu'on appelle son "état". Or quand un système a plusieurs états possibles, la somme de ces états est également un état possible: le système se trouve alors dans une superposition d'états.
 
Incertitudes d'Heisenberg
C'est grâce à ce principe essentiel qu'une particule peut occuper plusieurs positions à la fois, ou qu'un atome peut se trouver dans une superposition d'énergies. La théorie quantique donne la probabilité qu'on a de mesurer chaque état. Cette règle, qui permet de passer de la forme théorique (avec états superposés) à la probabilité du résultat de l'expérience (mesure de l'énergie d'un atome), a été découverte en 1927 par le physicien allemand Werner Karl Heisenberg. Il s'agit d'une règle empirique.

Domaines de présence  Up Page
Mondes multiples
Le physicien américain Hugh Everett suggéra qu'il y ait non pas réduction d'une superposition d'états à un seul état, mais réalisation de tous les états possibles, chacun dans un univers distinct. Cette théorie des "mondes multiples" est d'ailleurs invérifiable, puisque les innombrables univers parallèles ne communiqueraient pas entre eux.

Son interprétation dans l'avenir  Up Page
Interaction avec l'environnement
En 1982, Wojciech Zurek, chercheur au laboratoire national de Los Alamos (Nouveau Mexique) et Murray Gell-Mann proposèrent l'idée qu'il existe une interaction entre le système et son environnement (en l'occurrence, l'appareil). Plus généralement, les objets quantiques ne seraient jamais complètement isolés de leur environnement _on entend par là tout ce qui interagit avec le système: un appareil, des molécules d'air, des photons lumineux.
Zurek démontre que les multiples interactions avec l'environnement entraînent une destruction très rapide des interférences quantiques du système. Toutes ces interactions (dues à la multitude des atomes constituant le système) provoquent spontanément un brouillage des interférences quantiques, qui disparaissent quasi instantanément. Les interférences sont un phénomène ondulatoire, et elles caractérisent un comportement quantique.
En détruisant les interférences, l'environnement supprime les superpositions d'états et le comportement quantique du système, de sorte qu'il ne reste plus que des états simples et qu'on retrouve le comportement classique. Ce phénomène a été baptisé "décohérence", car c'est la destruction de la décohérence des états quantiques qui élimine les interférences.
La vitesse de la décohérence augmente avec la taille du système: un chat, qui compte quelques 1027 particules, "décohérence" en 10-23 seconde, ce qui explique pourquoi on n'a jamais vu de chats mort-vivants ! Et pourquoi la décohérence est difficile à observer.
Les américains Murray Gell-Mann (prix Nobel de physique en 1969), et James Hartle ont démontré que la décohérence est irréversible dans le temps: il, n'y a pas de "re-cohérence" possible, de même qu'on ne voit jamais le morceau de sucre se reformer dans une tasse de café. On retrouve ainsi la direction du temps (du passé vers le futur) alors que jusque-là, en physique quantique, les phénomènes étaient réversibles.
Un atome a été pris en flagrant délit de superposition quantique: on l'a observé simultanément en deux endroits distincts ! Cette ubiquité quantique fut réalisée pour la première fois en mai 1996 au National Institute of Standards and Technology (Colorado) par Jean Raimond et Serge Haroche.
 
Modèles de décohérence
A partir d'un article de W.H Zurek, l'idée et les modèles de décohérence ont été émis: pour chaque expérience il faut distinguer trois sous-systèmes, qui sont, l'objet, l'appareil de mesure et l'environnement. L'interaction des systèmes macroscopiques avec leur environnement brouille très rapidement les superpositions. "Ainsi l'émergence des comportements classiques à partir des lois quantiques... résulterait d'un brouillage, des interférences quantiques, brouillage dû aux interactions avec l'environnement et qui se manifesterait systématiquement dans les systèmes formés d'un grand nombre de particules" soulignent S. Haroche J.M Raimond et M.Brune (La Recherche n° 301, septembre 97) qui ont expérimentalement mis en évidence ce brouillage.

Les références  Up Page
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