Découverte d’un tout nouveau type d’intrication quantique

Une équipe du Brookhaven National Laboratory (BNL) a découvert un tout nouveau type d’intrication quantique, offrant aux scientifiques un aperçu sans précédent des entrailles des noyaux atomiques.

Le premier enchevêtrement quantique de particules dissemblables

L’intrication quantique implique que deux particules deviennent si inextricablement liées que la mesure ou la modification de l’une d’elles affecte instantanément sa partenaire, quelle que soit la distance qui les sépare. Alors que les manifestations d’un tel phénomène (à la base de l’informatique et des réseaux quantiques) impliquaient jusqu’à présent des paires de photons ou d’électrons identiques par nature, les chercheurs du BNL ont detecté pour la première fois l’enchevêtrement quantique de particules dissemblables.

Détaillé dans la revue Science Advances, ce phénomène s’est produit dans le collisionneur d’ions lourds relativistes (RHIC) du laboratoire de Brookhaven, sondant les formes de matière qui existaient à l’aube de l’Univers via l’accélération et la collision d’ions d’or. Mais l’équipe a découvert qu’il y avait également beaucoup à apprendre des rencontres évitées de justesse.

Les ions d’or accélérés sont entourés de petits nuages de photons. Lorsque deux de ces entités chimiques électriquement chargées passent à proximité l’une de l’autre, les photons de l’une peuvent capturer une image de la structure interne de l’autre avec plus de détails que jamais auparavant, grâce à cette forme jusqu’alors inédite d’intrication.

Des fonctions d’ondes révélatrices

Les photons interagissent avec des particules élémentaires à l’intérieur du noyau de chaque ion, déclenchant une cascade de réactions finissant par produire des paires de particules appelées pions, une positive et une négative. Certaines particules peuvent également être décrites comme des ondes et, dans ce cas, les ondes des deux pions négatifs se renforcent mutuellement, tout comme celles des deux pions positifs. En conséquence, une seule fonction d’onde de pion positif et une seule fonction d’onde de pion négatif atteignent le détecteur.

« Cela indique que chaque paire de pions positifs et négatifs est enchevêtrée avec l’autre », explique Zhangbu Xu, co-auteur de la nouvelle étude. « Si ce n’était pas le cas, les fonctions d’onde qui frappent le détecteur seraient complètement aléatoires. »

En plus d’élargir notre compréhension de la physique quantique, cette découverte ouvre la voie au développement de nouveaux dispositifs pour sonder les atomes.