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Article. L'éventuelle fission de la fonction d’onde
par Bernard Dugué 04/11/2014
NDLR. Cet article est repris, avec l'accord de l'auteur, de Agoravox. Il n'engage pas la responsabilité de Automates Intelligents.
Les intertitres sont de nous. AI

Si les résultats obtenus par l’équipe de Humphrey Maris se confirment, alors on pourra dire que la fission de la fonction d’onde électronique constitue une découverte majeure en physique quantique, sans doute la principale découverte depuis 85 ans et la plus importante en ce 21ème siècle. Ce résultat a été obtenu en étudiant un phénomène assez fin puisqu’il consiste à faire interagir un électron avec de l’hélium liquide superfluide. Il se produit alors une cavité, une sorte de bulle due à l’effet de l’électron sur l’hélium mais avant de détecter l’électron, d’autres « micro-objets » ionisés négativement parviennent au détecteur, 14 dans une précédente expérience.

Dans cette nouvelle expérience, Maris et son équipe ont tenté de produire un ion exotique en faisant interagir un photon de telle manière qu’il modifie l’état quantique de la bulle. Ils ont trouvé 18 de ces « objets exotiques » chargés négativement. Trois hypothèses sont émises mais l’une est presque certaine, c’est la fission de la fonction d’onde électronique. (W. Wei et al. Study of Exotic Ions in Superfluid Helium and the Possible Fission of the Electron Wave Function. Journal of Low Temperature Physics, 2014). Si le phénomène est avéré alors c’est une découverte majeure qui risque de faire basculer l’interprétation de la physique quantique.

Quelques bases

Rappelons quelques bases de la physique quantique. Un système est décrit par une fonction d’onde et pour faire simple, prenons cette fonction pas vraiment compliquée Phi = a. phi (A) + b. phi (B).

Cette fonction décrit un système qui, lorsqu’il sera observé, ne donnera comme résultat que A ou B. C’est ce qu’on appelle le processus de réduction de la fonction d’onde. Dans cette formule a et b sont des coefficients dont le carré indique la probabilité de réaliser A ou B. Par exemple, si a vaut ½ et b vaut ?¾ alors La probabilité d’obtenir A sera de un quart et trois quarts pour B. Admettons que l’on réalise l’expérience une quarantaine de fois, A sera observé environ une dizaine de fois et B une trentaine. Pour A, cela peut être 8 ou 12 et 32 ou 28 pour B. C’est comme dans une sorte de loterie qui se joue au casino.

Pour faire simple, phi (A) représente un ticket et lorsque vous observez A vous avez gagné le lot A ! L’observation quantique consiste à partir avec plusieurs tickets qui ne sont pas réels (dans l’interprétation orthodoxe) et à lancer la roulette. On n’obtient qu’un seul lot. Et c’est ce processus qui est énigmatique. Et qui a donné lieu à nombre d’interprétations. Pour ne pas compliquer la présentation, je livre trois conjonctures.

I. L’interprétation orthodoxe a été formulée lors du congrès Solvay de 1927. La conception de Bohr l’a emportée. Elle énonce que tant que la loterie n’a pas eu lieu, on ne connaît rien du système et que lorsque la loterie (l’expérience) est lancée, alors tout ce que vous pouvez connaître, c’est le lot que vous avez gagné, autrement dit, A ou B dans l’exemple que j’ai donné. Vous ne pouvez pas accéder au déroulement de la loterie. C’est ce qu’on appelle l’indéterminisme. Vous pouvez calculer la probabilité pour chaque lot, c’est ce qu’on appelle le probabilisme quantique.

Vous ne pouvez pas accéder aux déterminations de phi, autrement dit les tickets de jeu, phi (A) et phi (B). Lorsque vous avez fait l’observation, le système est dans l’état quantique correspondant au lot qui a été gagné, avec son ticket qui lui est assigné mais que vous ne pouvez voir. Au final, la fonction d’onde n’a aucune signification physique. Pour la plupart des quanticiens, elle ne représente qu’un outil mathématique. Mais pour les tenants de l’interprétation réaliste, dans le sillage de Bohm et de Broglie, cette fonction exerce une influence sur la « particule ». Nul n’a pu trancher cette alternative jusqu’à maintenant.

II. La décohérence. Examinons maintenant une expérience dans laquelle la loterie est lancée mais avec une finesse telle qu’on puisse observer la Nature se comporter de telle manière qu’on peut voir le système prendre les deux valeurs, A et B. C’est assez étrange, vous gagnez les deux lots à la fois. Mais ne vous illusionnez pas, vous ne pouvez pas tricher avec la Nature. En fait, pour gagner un lot, il faut réaliser l’expérience de mesure et donc faire en sorte que le système quantique interagisse avec le système observant (classique). Or, dès que cela se produit, la cohérence est supprimée et vous n’obtenez qu’un seul lot. L’expérience de décohérence est tout à fait compatible avec l’interprétation orthodoxe que du reste, elle ne contredit pas.

III. La fission de la fonction d’onde. L’expérience menée par l’équipe de Maris ouvre une perspective inédite dans la mesure où les résultats indiquent la possibilité de séparer les tickets de loterie pour un système quantique composé d’un électron plongé dans de l’hélium liquide. Des bulles absorbent chacune un morceau de Phi, autrement dit un ticket de jeu. Physiquement parlant, la bulle créée par l’électron se déplace dans l’hélium avec une certaine vitesse et parvient au détecteur mais ce qui est observé en plus, ce sont des sortes d’objets, 18 en réalité mais on les soupçonne en nombre infini, qui arrivent avant la bulle électronique et qui seraient la trace des tickets de loterie quantique, autrement dit, les phi (x). Ces résultats ont laissé perplexe la communauté des scientifiques. J’ai interrogé Maris qui n’est pas disposé à revoir les bases de la mécanique quantique et se contente d’en rester à une théorie qui doit coller avec les expériences. Mais pour d’autres comme Michael Byrne, ces résultats semblent mettre sens dessus dessous la physique quantique qui paraît alors « marcher sur la tête ».

La mécanique quantique est face à ses postulats les plus fondamentaux.

Il s'agit d’abord de la fission irréversible de la fonction d’onde qui ne concorde pas avec le déterminisme temporel de l’équation de Schrödinger, inversible par inversion temporelle. Mais sur ce point il faut rester prudent avant de tirer des conclusions. Le principal résultat, c’est que la fonction d’onde ne se résume plus à un « objet mathématique » mais possède des qualités physiques si l’interprétation de l’expérience est correcte. Auquel cas, la physique quantique n’est pas invalidée mais c’est l’interprétation orthodoxe qu'il faut revoir une option pour le réalisme de la fonction d’onde mais pas dans le sens de Bohm. Puisque dans cette expérience, l’électron arrive au détecteur et n’est donc pas « piloté » par la fonction d’onde qui influe séparément de l’électron sur l’hélium en étant fissionnée et capturée par l’hélium avec au final des « objets distincts ».

Maintenant, il faut attendre les confirmations expérimentales et les réflexions théoriques des physiciens pour être certain de l’existence du phénomène. En supposant qu’il soit avéré, alors cette découverte est plus importante que la décohérence et même que la non séparabilité avec les inégalités de Bell et les expériences d’Alain Aspect dans les années 80. La mise en évidence de la substance liée à la fonction d’onde est le plus grand résultat de la physique quantique depuis 1927. Cette mise en évidence est liée à l’hélium qui, avec ses quelques degrés kelvin, permet de ralentir considérablement la dynamique de la substance quantique afin d’en dévoiler quelques détails cachés. Notez bien que ces expériences sont inédites et qu’elles dépassent le cadre de l’interprétation orthodoxe de Copenhague sans pour autant pencher en faveur de l’onde pilote de Bohm et de Broglie. C’est de toute autre chose dont il est question.

Je l’avais pressenti, 2014 annonce de grandes découvertes en physique. Des interprétations nouvelles et la fin de la science moderne qui sera dépassée par une nouvelle vision.

Reférences

* Springer Study of Exotic Ions in Superfluid Helium and the Possible Fission of the Electron Wave Function

* Brown University Can the wave function of an electron be divided and trapped?

 

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