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Vide quantique et chaos déterministe

16 août 2010, 08:13, par RP

Une toupie réduite à un atome

Une nouvelle expérience semble pourtant montrer que le chaos quantique existe. Elle résulte des travaux menés depuis quelques années par le physicien Poul Jessen et ses collaborateur du UA’s College of Optical Sciences de l’Université de l’Arizona.

Pour obtenir ce résultat, les chercheurs ont considéré l’équivalent quantique d’une toupie perturbée par une série de chocs légers et dont le comportement est connu comme étant chaotique dans le monde classique. La toupie quantique est dans le cas présent un atome de césium dont le moment cinétique résulte d’un couplage entre celui d’un de ses électrons et celui du noyau. L’ensemble possède un moment magnétique et se comporte donc aussi comme un petit aimant.

Après des années de travail, les physiciens sont parvenus à manipuler l’axe de rotation de cette toupie quantique aimantée. Il faut d’abord refroidir suffisamment les atomes de césium avec des faisceaux lasers et ensuite est apliquée une série d’impulsions magnétiques correspondant à des petits chocs sur l’équivalent classique de la toupie. D’autre perturbations induites par le champ électrique variable d’un faisceau laser dans le domaine optique modifient elles aussi l’état d’orientation de la toupie quantique.

Après chaque cycle de perturbations magnétiques et électriques, une technique analogue à la tomographie médicale permet de mesurer l’orientation résultante de l’axe de la toupie et donc d’en déduire les mouvement au cours du temps. Non seulement le comportement observé est bien chaotique mais la transition entre le régime où le système classique ne se comporte pas comme un système chaotique et celle où il le devient se retrouve à la même place dans son analogue quantique.

Cette expérience semble donc bien démontrer qu’il n’y a pas besoin de changer les lois fondamentales de la mécanique quantique et que la connexion entre le monde quantique et le monde classique s’effectue sans contradiction entre les théories les décrivant.

Remarquablement, Jessen et ses collègues font remonter l’apparition du chaos dans ce système à l’établissement d’une intrication quantique entre le moment cinétique de l’électron de l’atome de césium et le moment cinétique de son noyau. L’intrication est importante en physique quantique car elle est à la racine de l’effet EPR et de tout ce qui tourne autour de la notion d’information et d’ordinateur quantique.

Un article publié dans Nature expose les résultat de l’expérience mais on peut trouver sur Arxiv un article plus ancien à ce sujet, libre d’accès.

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