Les photons se comportent de manière vraiment étrange lorsqu’on essaie de les « couper »

Trancher la tête de l’Hydre et deux autres repousseront. Dans le cas des photons, de nouvelles recherches révèlent qu’une telle tentative se traduit par la création d’un état quantique décrit comme une superposition d’une infinité de ces particules lumineuses.

Échelle quantique

Les particules dites « élémentaires » ne sont pas subdivisables : un proton est par exemple constitué de trois quarks, qui ne peuvent être fractionnés. Alors, que se passerait-il si l’on essayait quand même d’en découper une ? Afin de le découvrir, Johannes Skaar, de l’Université d’Oslo, et ses collègues ont utilisé un photon et un miroir.

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La lumière est à la fois une onde électromagnétique et une collection de particules, qui se différencient des objets purement solides par la traînée qu’elles génèrent. En s’appuyant sur les équations du champ électromagnétique, l’équipe a découvert que tenter de « trancher » ces fameux voiles créait un état quantique caractérisé par la superposition d’une infinité de photons.

Ce phénomène s’explique par le fait qu’à l’échelle subatomique, l’espace « vide » soit rempli de champs, notamment électromagnétique, présentant tous d’infimes fluctuations, que l’on peut exploiter pour produire des particules.

« La découpe rapide d’un photon à l’aide d’un miroir ou d’un obturateur les perturbe et y fait apparaître des particules lumineuses », explique Samuel Braunstein, de l’université de York. « Mais toute mesure locale montrerait que cet état de superposition est indiscernable en dehors du monde quantique. »

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Particles of light cannot be divided into smaller particles, but if you try to snip off the end of one, instead of shortening it multiplies https://t.co/Yvw7RSbaXD

— New Scientist (@newscientist) June 2, 2026

Défi technique

Selon Ulf Leonhardt, de l’Institut Weizmann des sciences, bien que la manipulation de la lumière à des échelles de temps ultra-rapides devienne une réalité expérimentale, l’obturateur utilisé par l’équipe de Skaar s’avère nettement plus rapide que ceux que l’on trouve aujourd’hui dans la plupart des laboratoires.

« Ces travaux soulignent l’importance d’explorer davantage les phénomènes découlant du vide quantique afin d’affiner nos théories sur l’électromagnétisme, mais la mise en œuvre de protocoles adaptés à une telle échelle ne sera pas une mince affaire », ajoute-t-il.

Pour les auteurs de la nouvelle étude, publiée dans la revue Physical Review Letters, la prochaine étape consistera à étendre ces travaux à plusieurs photons, et d’autres particules, comme les électrons.

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L’an passé, une étude avait révélé que les photons pouvaient exister dans 37 états à la fois.