Les scientifiques ont utilisé un atome artificiel pour montrer la possibilité de garder le chat de Schrödinger en vie pendant une période indéterminée, ainsi que d'accélérer le début de sa disparition. Pour ceci et cela, vous n'avez même pas besoin de regarder dans la boîte dans laquelle ce chat est généralement assis (ou ne s'assoit pas). Utiliser des analogies classiques comme celle-ci peut sembler simpliste ou étrange, mais pour la science, c'est très important. Ils montrent comment la réalité se trouve à un niveau fondamental et peuvent conduire à de meilleurs outils que les physiciens utilisent en ingénierie quantique.
Les scientifiques de l'Université de Washington à Saint-Louis ont décidé de savoir avec certitude s'il était nécessaire de collecter des informations à partir d'un système quantique - ou, plus simplement, de regarder une particule - pour influencer son comportement. Peut-être que le «freinage» suffira?
Alerte spoiler: ils ont compris qu'il n'y avait pas besoin de regarder.
Un peu d'histoire: le chat, la boîte et les effets de Zeno
Si quelqu'un ne sait pas quel genre de chat de Schrödinger, nous rappelons la légende. Selon l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique, un objet physique (comme un atome) n'a pas de propriétés spécifiques jusqu'à ce que nous le mesurions. En réponse, le physicien Erwin Schrödinger a proposé une expérience de pensée. Il a suggéré que si cette interprétation est correcte, nous pourrions mettre la substance radioactive dans un petit récipient à côté du compteur Geiger, attacher le compteur à un marteau et placer le marteau sur la capsule d'acide afin qu'elle l'écrase lorsque l'atome se désintègre.
Si nous mettons tout cela dans une boîte avec un chat, nous ne pourrons pas mesurer les propriétés de l'atome, car, à notre connaissance, l'atome s'est simultanément désintégré et ne s'est pas désintégré (c'est pourquoi il a une demi-vie). En conséquence, le chat sera à la fois vivant et mort en même temps, jusqu'à ce que nous regardions à l'intérieur.
C'est la légende. Mais elle a un double fond.
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En 1974, les scientifiques ont posé la question: la durée de vie d'un système instable dépend-elle d'un appareil de mesure?
Ce paradoxe est désormais connu sous le nom d'effet quantique Zeno: que se passe-t-il si nous observons en permanence un atome instable? Va-t-il se désintégrer?
Selon l'effet Zeno, sous observation constante, il n'émettra jamais une seule particule de rayonnement. En 1989, cela a été démontré pour la première fois dans une expérience de l'Institut national américain des normes et de la technologie, et une étrange hypothèse est devenue une étrange réalité.
Dix ans plus tard, l'effet Zeno opposé a été proposé - l'effet Antisenon. La mesure fréquente d'un noyau atomique radioactif peut accélérer sa désintégration, selon le processus.
Il ne reste plus qu'à comprendre ce qu'est une «dimension».
Pour mesurer quelque chose comme un atome radioactif, pour l'observer et lire ses paramètres et ses propriétés, vous devez d'une manière ou d'une autre interagir avec lui afin que l'information sorte sous une forme ou une autre. Dans le processus, les nombreuses possibilités de l'atome s'effondrent en un seul résultat, que nous voyons. Mais cet effondrement est-il la cause de l'effet Zeno? Ou est-il possible d'accélérer ou de ralentir la désintégration d'un atome sans conduire à son effondrement dans un état absolu?
Zeno contre Antisenon
Tout cela nous ramène à une expérience menée par l'Université de Washington.
Pour déterminer si la transmission d'informations forcerait l'effet Zeno ou Antiseno, les scientifiques ont utilisé un appareil qui, à bien des égards, se comporte comme un atome avec de nombreux états d'énergie.
Cet «atome artificiel» a pu tester l'hypothèse selon laquelle les états énergétiques - les modes électromagnétiques - pourraient influencer ces effets.
«Le taux de désintégration atomique dépend de la densité des états d'énergie possibles, ou des modes électromagnétiques, pour une énergie donnée», explique le chercheur Keiter Merch. «Pour qu'un atome se désintègre, il doit émettre un photon dans l'un de ces modes. Plus de mods signifie plus de moyens de désintégration, donc une désintégration plus rapide ».
De même, moins de mods signifie moins d'options de désintégration, ce qui explique pourquoi un pot atomique sous surveillance constante ne se soudera jamais. Merch et son équipe ont pu manipuler le nombre de modes dans leur atome artificiel avant d'utiliser des mesures standard, en vérifiant son état toutes les microsecondes et en accélérant ou ralentissant sa «désintégration».
«Ces mesures représentent la première observation de deux effets Zeno dans un système quantique unifié», explique Merch.
Pour s'assurer que c'était l'observation ou l'interférence qui s'est avérée être la clé, les scientifiques ont fait une soi-disant quasi-mesure, qui interfère sans provoquer l'effondrement de l'état atomique. Personne ne savait quel serait le résultat.
«Mais les données collectées tout au long de la journée ont montré que les quasi-mesures produisaient des effets Zeno de la même manière que les mesures conventionnelles», explique Merch.
Par conséquent, c'est la violation du processus de mesure, et non la mesure directe elle-même, qui conduit à l'apparition des effets Zeno et Antiseno.
Sachant cela, nous pouvons appliquer de nouvelles méthodes de contrôle des systèmes quantiques en utilisant la dynamique Zeno.
Qu'est-ce que tout cela signifie pour le pauvre chat de Schrödinger?
"L'effet Zeno dit que si nous testons le chat, nous réinitialiserons l'horloge de décomposition et sauverons la vie du chat", explique le scientifique Patrick Harrington. «Mais le truc, c'est que les effets de Zeno concernent la violation, pas l'information, donc vous n'avez même pas besoin de regarder dans la boîte pour les déclencher. Les mêmes effets se produiront si vous secouez simplement la boîte."
ILYA KHEL
