Intro à la mécanique quantique
Par où passent les photons ?
Le temps n’y fait rien à l’affaire
Alors on a voulu faire les gros malins avec
Ça pète comme titre, et ça intrigue, non ?
On va s’arranger pour regarder si le photon est passé à droite ou à gauche
APRES que la figure d’interférence se soit formée, et pas avec les mêmes photons
Si c’est déjà fini, qu'on voit la figure avant qu'il arrive au détecteur,
alors le bestiau, aussi fort qu’il soit, il ne pourra pas remonter le temps ni communiquer avec d'autres photons, non ?
On va voir ce qu'on va voir !
Accrochez vos ceintures, éteignez vos cigarettes, vérifiez les portes opposées.
On commence avec :
- une source de photon unique
- Une lame semi-réfléchissante L0 : notre photon va être aléatoirement réfléchi ou transmis, avec une probabilité de 50%
- Deux détecteurs de photon D1 et D2 capables de noter l’heure d’arrivée.
Rien de nouveau jusque-là, on connait déjà le résultat.
On compte gentiment les photons, et on se rend compte qu’on a la moitié sur D1 et l’autre moitié sur D2. On peut même vérifier l’anti-coïncidence.
Rien de spécial.
On ajoute à présent un convertisseur bas. Ce truc-là va dupliquer le photon entrant, mais comme il faut conserver l’énergie, sa fréquence est divisée par deux –il change de couleur. En sortie, on a une paire de photons identiques.
On en choisi un, qu'on appellera le photon signal, qui va faire son boulot d’interférence. Pendant ce temps-là, le second photon qu'on appellera témoin continue son chemin. Une fois l'interférence réalisée, on s'arrange pour attendre assez longtemps pour être sûr que ce soit fini –il suffit de se mettre loin- on détectera ce photon témoin.
Comme ça on saura, avec un certain retard, par où le photon signal est passé. Rusé, non ? Notre photon signal ne pourra pas faire le malin puisque ce sera fini !
Mettons des détecteurs de partout pour voir ce qui se passe.
On constate que c’est pareil qu’avant, mais comme on a dupliqué les photons, on voit des coïncidences entre {D1, D1a} et {D2, D2a}, avec une différence dans le temps si les chemins ne sont pas exactement de la même longueur.
Là, vous devriez comprendre où on veut en venir. On va se servir du temps de propagation pour décaler les évènements.
On va réaliser une figure d’interférence entre C1 et C2: on met un écran. En pratique, on met un détecteur qui bouge, mais bon, c’est secondaire.
On observe en I une figure d’interférence, ce qu’on a déjà vu avant,
mais cette fois, on va pouvoir connaitre des choses grâce au photon témoin, et bien après que la figure soit formée.
Gnark, gnark !
Grognement de contentement du Vil Coyote qui pense avoir été plus malin que le reste du monde.
Voici le montage complet, on rajoute d’autres lames et 2 autres détecteurs pour faire un joli montage symétrique, et avec ça, on devrait tout savoir, et même plus, car on a fait plus vicieux qu’il n’y parait.
En L1, le photon a une chance sur 2 d’aller vers D1 ou de tourner et d’aller vers Lgomme. Pareil pour L2.
Arrivé en Lgomme, le malheureux photon témoin a encore le choix de tourner ou d’aller droit, avec une chance sur 2 (ou d’interférer ?).
Du coup, en D1g ou D2g, pas moyen de savoir d’où vient le photon : est-il passé par L1 ou par L2 ?
Impossible, on a tout fait pour qu’on ne le sache pas avec un montage bien symétrique. Lgomme a « effacé » l’information de provenance (d’où son nom).
On remarquera que les deux chemins ont la même longueur : pas question de chronométrer pour avoir l’info (et tiens, qu’est-ce qui se passe si on introduit un allongement sur un des chemins ?).
On notera que si on détecte un photon sur D1 (ou D2), alors on sait par où il est passé. Cela arrivera dans 50% des cas, L1 (ou L2) « décide » du sort du photo témoin, s’il sera un destructeur d’info ou l’inverse.
Vu l’expérience précédente du choix retardé, on se doute qu’on va avoir des résultats bizarres. Mais cette fois, la figure d’interférence aura été formée bien AVANT la détection des photons, des siècles si on voulait.
Résultat
Eh bien les photons ne se trompent jamais :
- Ceux détectés en D1 ou D2 ne forment jamais de figure d’interférence
- Ceux détectés en D1g ou D2g forment toujours une figure d’interférence
Ils sont vraiment très forts les bestiaux.
Voici les figures obtenues en I. Comme on a des chronomètres, on sait corréler les impacts en I et les impacts dans les détecteurs faudrait pas nous prendre que pour des buses du coup, dans le fatras obtenu en I, on peut séparer nos petits, et j’ai mis les images en face.
Explication, quoique.
La gomme a effacé l’information de provenance du photon. On ne sait pas par où il est passé, du coup, il est passé des deux côtés, et donc il interfère. Alors que lorsqu’il interfère, son témoin n’est même pas arrivé à la première lame !
Et là, vous pouvez y aller avec toutes les histoires à remonter le temps. Comment le photon a-t-il su prédire le futur ? N’oubliez pas que les photons partent « un par un », et que la figure est obtenue « après coup ». Il faut réaliser que la séparation des points en 4 catégories intervient bien après l'obtention de la figure initiale -ça ressemble à de l'intrication, on verra ça plus tard-.
Et là aussi, facile de dire « ben c’est parce que l’observateur sait par quel chemin il est passé, alors ça détruit la figure d’interférence, c’est devenu une particule ». Observateur après coup, notez-le !
À s’arracher les cheveux.
Mais on retiendra un truc important de cette expérience : au niveau de la gomme, nous avons -en quelque sorte- forcé le photon à interférer au niveau de la lame semi-réfléchissante. Ceci permet de connaitre le comportement du photon, ici une onde, avec un montage plutôt simple.
On retiendra aussi que les histoires de « communications à distance » qui semblent exister arrivent non seulement dans l’espace, arrivent aussi dans le temps. La relativité (restreinte) n’est pas loin. Mais on n’a pas trouvé le lien.