Experiments on polarizers, a new step towards a possible interpretation of quantum mechanics
Cet article étend un modèle de réalisme local précédemment proposé pour les expériences EPR numériques en introduisant une seconde hypothèse concernant la modification d'objets induite par la mesure, reproduisant ainsi avec succès les résultats de la mécanique quantique pour les expériences à trois polariseurs tout en reconnaissant la nécessité de développements ultérieurs pour incorporer les caractéristiques ondulatoires.
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Dans le monde étrange de l'infiniment petit, la physique se comporte d'une manière qui semble souvent défier le bon sens. Depuis près d'un siècle, les scientifiques sont aux prises avec une théorie appelée la mécanique quantique, qui décrit comment les particules comme la lumière et les électrons interagissent. Cette théorie est incroyablement efficace pour prédire ce qui se passe lors des expériences, pourtant elle suggère que la réalité elle-même est floue jusqu'à ce qu'elle soit observée. L'un des puzzles les plus célèbres dans ce domaine concerne les particules intriquées, où deux objets semblent s'influencer instantanément à travers de vastes distances, un phénomène qui semble briser la règle selon laquelle rien ne peut voyager plus vite que la lumière. Un autre puzzle est la façon dont la mesure d'une particule semble la modifier, comme si l'acte de regarder forçait l'univers à faire un choix. Pendant des décennies, de nombreux physiciens se sont demandé s'il n'existait pas une explication plus simple et plus logique pour ces bizarreries, une explication qui s'accorderait avec notre compréhension quotidienne de la façon dont les objets existent et se déplacent, sans avoir besoin d'abandonner les règles fondamentales de la réalité et de la localité.
Un chercheur de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne a jeté un regard neuf sur ces problèmes en utilisant une nouvelle façon de concevoir la lumière. Au lieu de traiter un photon, une particule de lumière, comme un point unique et infiniment petit tel un point sur une carte, le chercheur l'a imaginé comme une petite tranche étendue d'un cercle, comme une part de tarte. Ce simple changement de perspective a permis une simulation informatique de la lumière passant à travers des polariseurs, qui sont des filtres ne laissant passer que les ondes lumineuses vibrant dans une direction spécifique. Dans le monde réel, si vous prenez deux polariseurs et les placez à angle droit l'un de l'autre, aucune lumière ne passe. Mais si vous glissez un troisième polariseur entre eux à un angle différent, de la lumière apparaît soudainement. Ce résultat contre-intuitif est un test classique de la mécanique quantique. Le chercheur a construit un modèle où les particules de lumière sont ces petits secteurs et où les filtres les trient en fonction de la partie du secteur dans laquelle elles se trouvent.
La simulation a révélé que ce modèle, qui repose sur l'idée que les particules de lumière ont une taille petite mais définie, peut reproduire exactement les mêmes résultats que ceux prédits par la mécanique quantique. Lorsque le chercheur a calculé le passage de la lumière à travers un, deux ou trois polariseurs, le motif de lumière qui en est ressorti correspondait parfaitement à la théorie standard. Crucialement, ce modèle a réussi cela sans enfreindre les règles de la physique. Il n'a pas nécessité que les particules communiquent instantanément à travers l'espace, ni suggéré que la réalité n'est créée qu'au moment où nous regardons. Au contraire, il a montré que les résultats étranges proviennent de la façon dont l'instrument de mesure interagit avec la forme étendue de la particule. Lorsqu'une particule frappe un filtre, si elle s'insère entièrement dans une zone de passage, elle passe. Si elle chevauche la ligne entre une zone de passage et une zone de blocage, elle est absorbée et disparaît. Cette absorption n'est pas une erreur ou un défaut de l'équipement ; c'est une partie nécessaire du processus dans ce modèle.
L'étude va plus loin en montrant que l'acte de mesure dans ce modèle modifie réellement la particule, même si le résultat final de la mesure reste le même. À mesure qu'une particule passe à travers un filtre, elle est légèrement poussée ou pivotée, se stabilisant dans une nouvelle position au sein de la zone autorisée. Cela imite l'idée quantique selon laquelle la mesure altère l'objet mesuré. Le chercheur a découvert qu'en utilisant une courbe mathématique spécifique pour décrire la façon dont ces particules se stabilisent, la simulation pouvait parfaitement correspondre aux probabilités observées dans les expériences du monde réel. Cela suggère que la « bizarrerie » de la mécanique quantique pourrait ne pas être un mystère fondamental de l'univers, mais plutôt une conséquence de la façon dont nous définissons nos outils de mesure et les particules qu'ils mesurent. Le modèle implique que la mécanique quantique est essentiellement une théorie de ce que nous pouvons mesurer, plutôt qu'une description complète de tout ce qui existe. Elle fonctionne si bien parce qu'elle ignore les particules qui sont absorbées, se concentrant uniquement sur celles qui atteignent le détecteur.
Cette approche remet en question l'hypothèse de longue date selon laquelle les particules doivent être traitées comme des points de taille nulle pour que les calculs fonctionnent. Le chercheur soutient que si les particules sont en réalité des objets étendus et minuscules, alors les étranges violations de la réalité locale qui affectent habituellement les explications quantiques disparaissent. Le modèle suggère qu'il existe des états de particules qui ne peuvent tout simplement pas être mesurés car ils tombent dans une « zone de non-droit » entre les catégories, et parce qu'ils ne peuvent pas être mesurés, ils n'apparaissent pas dans les statistiques finales. Cela explique pourquoi la théorie semble si bien fonctionner sans avoir besoin de faire appel à des mondes parallèles ou à une communication instantanée. Le chercheur prend soin de noter qu'il s'agit d'une simulation et d'une proposition d'une nouvelle façon d'examiner les données, et non d'une preuve finale que c'est exactement ainsi que la nature fonctionne. Cependant, les résultats sont robustes et cohérents avec les lois connues de la physique. Ce travail ouvre la porte à un avenir où les comportements ondulatoires et particulaires de la lumière pourraient être compris à travers la géométrie de ces objets étendus, jetant potentiellement un pont entre le monde quantique étrange et la réalité solide et prévisible que nous expérimentons chaque jour.
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