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Embouteillage dans le néant : des chercheurs allemands manipulent les fluctuations quantiques

Crédits : Pixabay / geralt

Le vide n’est jamais vide. Il est en fait rempli d’énergie quantique, de particules qui « clignotent » dans et hors de l’existence d’un instant fugace. Ces signaux sont connus comme les fluctuations quantiques. Pendant des décennies, il n’y avait jamais eu que des preuves indirectes de ces fluctuations, mais en 2015, des scientifiques affirmaient avoir les avoir détectées directement. Ces mêmes chercheurs affirment aujourd’hui avoir franchi une étape supplémentaire après avoir manipulé le vide lui-même et détecté les changements dans ces signaux à l’intérieur.

Embouteillage dans le néant. L’expérience est d’importance puisque si ces résultats sont confirmés, ceci suggère que les chercheurs ont pu déverrouiller un moyen d’observer, de sonder et de tester un domaine quantique sans interférer avec lui. C’est inédit puisque l’un des plus gros problèmes à ce jour avec la mécanique quantique et notre compréhension de celle-ci est qu’à chaque fois que nous mesurons et observons un système quantique, nous le détruisons.

Si nous pensons à un vide de manière classique, nous voyons un espace entièrement dépourvu de matière. Pas de particules et rien ne peut interférer avec la physique pure. Mais un sous-produit de l’un des principes les plus fondamentaux de la mécanique quantique — le principe d’incertitude de Heisenberg — suggère qu’il y a une limite à ce que nous pouvons connaître des particules quantiques et que par conséquent, un vide n’est pas vide. Il bourdonne d’une énergie remplie de paires de particules-antiparticules qui apparaissent et disparaissent de façon aléatoire. Des sortes de particules « virtuelles » que vous ne pouvez pas déceler. Mais quand bien même elles sont invisibles comme la plupart des choses dans le monde quantique, elles influencent subtilement le monde réel.

En 2015, une équipe dirigée par Alfred Leitenstorfer, de l’Université de Konstanz en Allemagne, affirmait donc avoir directement détecté ces fluctuations en observant leur influence sur une onde lumineuse. Pour ce faire, ils ont tiré une impulsion laser très courte (quelques femtosecondes, soit un millionième de milliardième de seconde) dans le vide et ont pu voir des changements subtils dans la polarisation de la lumière. Ils suggéraient alors que ces changements avaient été causés directement par les fluctuations quantiques. Aujourd’hui, ces mêmes chercheurs affirment avoir observé ces changements et les conséquences qui en résultaient sans pour autant interférer avec le système quantique.

Habituellement, lorsque vous voulez sonder les effets des fluctuations quantiques sur une seule particule de lumière, vous devez absorber ou amplifier cette particule, mais cela supprime directement la « signature quantique » sur ce photon. Cette fois, au lieu de regarder les changements dans les fluctuations quantiques en amplifiant les photons de la lumière, l’équipe a étudié la lumière sur le domaine temporel. Cela pourrait sembler bizarre, mais dans le vide, l’espace et le temps se comportent de la même manière, il est donc possible d’en examiner un pour en apprendre davantage sur l’autre.

Ce faisant, l’équipe a constaté qu’en « pressant » le vide un peu comme vous serriez un ballon gonflable, ils redistribuaient les fluctuations quantiques à l’intérieur. À certains moments, les fluctuations devenaient plus fortes et dans certaines régions, elles étaient plus calmes. Les chercheurs comparent cela à une sorte d’embouteillage créé par un goulet d’étranglement pendant les travaux : à la sortie du goulet, la densité de voitures va diminuer à nouveau. Dans une certaine mesure, la même chose se produit lorsque les chercheurs « pressent » le vide en un seul endroit, les fluctuations quantiques sont redistribuées, pouvant ralentir ou accélérer en conséquence.

Cet effet peut être mesuré comme vous pouvez le voir ci-dessous :

Croquis schématique des écarts spatio-temporels du niveau des fluctuations du vide

Après la compression, il y a quelques soubresauts dans les fluctuations. « Comme cette nouvelle technique de mesure n’absorbe ni n’amplifie les photons pour les mesurer, il est alors possible de détecter directement le bruit de fond électromagnétique du vide et donc aussi les écarts contrôlés à partir de cet état fondamental », expliquent les chercheurs dans un communiqué de presse.

Si ces mesures se confirment, cette nouvelle technique offrirait une ressource unique pour des systèmes quantiques d’information et pour une métrologie de précision, y compris pour les détecteurs d’ondes gravitationnelles qui nécessitent une sensibilité sans précédent.

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