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et aussiLe monde quantique est soumis au chaoset aussi - 30/11/2009 (480 mots)
Des physiciens ont mis en évidence l’existence de phénomènes chaotiques à l’échelle microscopique.
De la météorologie au mouvement des planètes, en passant par les cours de la Bourse et la dynamique des populations..., les comportements chaotiques sont omniprésents. Pour autant, ils ont rarement pu être observés de manière concluante à l’échelle quantique. Au point que plusieurs théoriciens ont nié leur existence. Des physiciens américains soutiennent toutefois le contraire. Et pour cause, ils viennent d’observer avec une précision inégalée que certains atomes présentaient, eux aussi, des comportements chaotiques [1] . Selon la définition qu’en donnent les physiciens, de tels comportements résultent de l’hypersensibilité d’un système aux conditions initiales, autrement dit des variations, même très fines, de certains paramètres définissant l’état du système. Celui-ci devient alors imprévisible à plus ou moins longue échéance.
Des phénomènes chaotiques ont été observés dans de très nombreux systèmes macroscopiques. Se manifesteraient-ils aussi à l’échelle quantique ? Plusieurs arguments ont été avancés pour prétendre que non. On sait, par exemple, que les systèmes chaotiques sont régis par un certain type d’équations, qualifiées de « non linéaires ». Or l’équation fondamentale de la mécanique quantique - l’équation de Schrödinger - ne présente pas cette caractéristique : elle est linéaire.
Ceux qui supposaient, pour leur part, l’existence d’un chaos quantique, ont mis l’accent sur un argument d’ordre « ontologique ». De toutes les théories physiques la mécanique quantique est en effet la plus fondamentale, celle qui décrit les constituants ultimes de la matière. Puisque le chaos se manifeste à l’échelle macroscopique, on devrait donc en trouver la trace, et même l’origine, au niveau quantique.
Poul Jessen et son équipe de l’université de l’Arizona, à Tucson, donnent aujourd’hui raison à cet argument. Ils ont d’abord refroidi des atomes de césium à une température proche du zéro absolu. Ces atomes sont caractérisés par une propriété quantique fondamentale, appelée « spin », qui fait qu’ils se comportent comme de petits aimants pointant dans une direction spécifique de l’espace. Un laser a été utilisé pour faire tourner les atomes autour de l’axe formé par cette direction - un peu comme une toupie. Puis une série de petits chocs a été délivrée aux atomes à l’aide de champs magnétiques.
Simulations Ces chocs modifient la direction de l’axe de rotation des « toupies quantiques ». Des simulations numériques réalisées il y a plusieurs années prévoyaient que le mouvement de cet axe devrait entrer dans un régime chaotique. C’est exactement ce que les physiciens américains ont observé à l’aide d’une technique d’imagerie.
Ils attribuent l’apparition de ce régime chaotique à l’existence de fortes corrélations entre l’état quantique des noyaux et celui des électrons qui gravitent autour. « D’autres expériences, réalisées notamment avec d’autres atomes, seront toutefois nécessaires pour valider cette hypothèse, précise Dominique Delande, du laboratoire Kastler-Brossel de l’ENS. Avec, comme point de mire, une compréhension plus fine des limites qui séparent le monde classique du monde quantique. » Dans la même rubriqueVous devez vous identifier ou créer un compte pour réagir à cet article
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