Les bizarreries de la physique quantique sembleront bien moins... bizarres, si une tentative de mesurer des photons s’avère exacte.

On enseigne depuis des décennies qu’une particule quantique «choisit» son état (par exemple, positif ou négatif) dès le moment où l’observateur en prend connaissance. D’où la métaphore du chat mort-vivant: tant qu’il est dans sa boîte, il est à la fois mort et vivant, et ne «choisit» l’un ou l’autre de ces états qu’au moment où quelqu’un regarde dans la boîte.

Mais la nouvelle expérience dont il est question ici pénètre beaucoup plus en profondeur dans l’infiniment petit que ce que suggère cette histoire amusante. Une équipe dirigée par Aephraim Steinberg, de l’Université de Toronto, a mesuré des photons —les «particules» d’un rayon lumineux— et conclut que le fait de les mesurer introduit moins d’incertitude que ce que prévoyaient les équations nécessaires à satisfaire le principe d’incertitude de Werner Heisenberg, un principe qui constitue un des fondements de la physique quantique depuis 1927.

L’expérience imaginée jadis par ce dernier, bien moins connue que le chat, consistait à (tenter de) photographier un électron: toute tentative en ce sens, disait-il, nécessiterait (au moins) un photon qui rebondirait sur l’électron (pour photographier quelque chose, il faut de la lumière). Ce qui révélerait la position de l’électron, mais perturberait sa course, créant une incertitude sur sa vitesse.

Autrement dit, et c’est ce qu’on apprend aux étudiants en physique depuis des décennies: plus vous en connaissez sur la position d’une particule, et moins vous en connaissez sur sa vélocité. Ou vice-versa.

Eh bien pas nécessairement, écrivent Steinberg et ses collègues dans l’édition du 6 septembre des Physical Review Letters. Plutôt que de viser la position ou le mouvement, son équipe s’est attelée à mesurer la polarisation d’un photon —et ici, les non-physiciens doivent se rappeler qu’un photon est défini tantôt comme une particule, tantôt comme une onde. C’est l’onde dont on mesure la polarisation par rapport à un plan: rectiligne, elliptique, circulaire?

Or, leur expérience introduirait moins d’incertitude qu’on ne le pensait: la mesure dans un sens ne perturbe pas toujours la polarisation de l’onde dans l’autre sens.

Il subsiste toutefois suffisamment d’incertitude pour ne pas détrôner Heisenberg. «À la fin, explique Steinberg à Nature , il demeure impossible de connaître [les deux états quantiques] en même temps, avec précision.» Mais à tout le moins, «l’expérience démontre que l’acte de mesurer n’est pas toujours ce qui cause l’incertitude.» Le chat mort ou vivant peut continuer à se poser des questions.