La physique quantique n’a jamais cessé de fasciner et d’intriguer. Aujourd’hui, une équipe du MIT (Massachusetts Institute of Technology) annonce un résultat qui fait trembler les fondations de la science depuis 1927 : une expérience épurée du célèbre test de la double fente vient trancher définitivement entre les visions d’Einstein et de Bohr sur le comportement de la lumière.
Avec des atomes refroidis par laser et des détecteurs ultrasensibles, ce laboratoire américain réalise ce qu’aucun physicien n’avait réussi depuis près d’un siècle. L'expérimentation a été détaillée dans un article de Physical Review Letters.
Le test ultime du double-slit : un verdict quantique
Depuis plus de cent ans, l’expérience de la double fente demeure le terrain de jeu favori des physiciens désireux de percer le secret de la dualité onde-particule. En 1927, Einstein, qui n'était pas à l'aise avec l'incertitude quantique, pariait qu’un dispositif idéal permettrait de révéler à la fois la trajectoire et la nature ondulatoire d’un photon.
Bohr, lui, s’y opposait fermement, défendant le postulat que l’on ne pouvait jamais cerner ces deux aspects en même temps. Le MIT a relevé le défi en allant au bout de la pureté expérimentale : des atomes uniques, des photons isolés, aucune perturbation externe. Résultat ? « Plus on tente de connaître le chemin parcouru par la lumière, plus on efface sa nature ondulatoire » résument les chercheurs.
L’équipe a piégé plus de 10 000 atomes à l’aide de lasers ultrafroids, puis utilisé ces atomes comme fentes, éliminant tout parasite externe. Un faisceau lumineux très faible a permis de détecter la dissipation d’un seul photon à la fois, offrant un accès inédit à l’essence du phénomène quantique.
Lorsque les scientifiques ont augmenté l’information obtenue sur le passage du photon, l’interférence a disparu, tranchant en faveur de Bohr et du principe d’incertitude. Einstein, lui, se voit ainsi contredit dans ce duel intellectuel mythique.
Laser, atomes et précision extrême : comment l’expérience a changé la donne
L’avancée du MIT réside principalement dans la sophistication du dispositif expérimental. Les chercheurs ont refroidi les atomes à des températures proches du zéro absolu, les retenant en suspens grâce à des lasers parfaitement contrôlés.
Dans ce régime où la matière se comporte presque exclusivement selon les lois quantiques, les perturbations classiques sont éliminées. Cette méthode a permis de'utiliser chaque atome comme une fente individuelle du dispositif, permettant une lecture directe de l’effet du passage d’un photon unique.
Comme l’explique Wolfgang Ketterle, à la tête de l’équipe : « Ce que nous avons réalisé s’apparente au fameux ‘Gedankenexperiment’ (expérience de pensée) rêvé par les pionniers du siècle dernier ». La manipulation des atomes froids a permis une vérification sans précédent de la théorie, écartant tout doute quant à l’omniprésence du principe d’incertitude.
Que prouve cette expérience sur la réalité quantique ?
Avec cette version ultime du test de la double fente, une question subsiste : qu’apprenons-nous sur la nature profonde du monde quantique ? Le MIT apporte ici une réponse limpide : aucune observation ne saurait rendre manifeste, simultanément, la nature onde et la nature particule d’un photon.
Dès qu’on tente de mesurer précisément la trajectoire lumineuse, l’interférence (marqueur de l’ondulation) disparaît. Cela traduit la primauté absolue de la complémentarité et de l’incertitude dans la mécanique quantique. La lumière – et plus largement toute particule – n’obéit jamais aux intuitions classiques d’Einstein sur le déterminisme.
« Ce qui compte, c’est la ‘fuzziness’ quantique des atomes, non les dispositifs macroscopiques », explique l’équipe, balayant ainsi une partie des anciens modèles théoriques qui misaient sur un support physique classique pour trancher l’expérience.
Un débat historique finalement arbitré : impact et perspectives
Cette avancée du MIT marque plus qu’une victoire intellectuelle dans une querelle de géants : elle offre un socle expérimental d’une pureté inégalée pour l’ensemble des théories actuelles sur la dualité onde-particule.
Les applications potentielles sont nombreuses, touchant aussi bien l’informatique quantique, la cryptographie que la métrologie de précision. Le résultat renforce aussi l’idée que l’incertitude régit toutes les entités fondamentales de la nature, des photons jusqu’aux atomes.
