Un principe de longue date de la physique quantique – la dualité onde-particule de la lumière – fait l’objet d’un examen minutieux à la suite de recherches suggérant que l’expérience emblématique à double fente peut être entièrement expliquée en utilisant uniquement le comportement des photons, éliminant ainsi le besoin du composant « onde » traditionnel. Ce changement, s’il est largement accepté, pourrait remodeler l’enseignement fondamental de la physique et accélérer de nouvelles applications en optique et en technologie quantique.
L’expérience de la double fente : un puzzle centenaire
L’expérience à double fente, réalisée pour la première fois par Thomas Young en 1801, a démontré que la lumière présente à la fois des modèles d’interférence ondulatoires et un comportement semblable à celui des particules. Depuis plus de deux siècles, les physiciens ont concilié cette dualité en affirmant que la lumière existe simultanément comme les deux : agissant tantôt comme une onde, tantôt comme des photons discrets.
Cependant, une équipe dirigée par Celso Villas-Boas de l’Université fédérale de São Carlos au Brésil propose une interprétation différente. Ils soutiennent que les modèles d’interférence observés dans l’expérience ne sont pas le résultat de collisions d’ondes, mais plutôt le comportement des “états sombres” au sein des photons eux-mêmes. Ces états sombres sont des conditions quantiques dans lesquelles les photons existent sans interagir avec d’autres particules, expliquant les franges sombres du motif d’interférence sans nécessiter de propriétés ondulatoires.
Repenser la nature fondamentale de la lumière
Les implications sont considérables. S’il est vérifié, ce modèle signifie que la compréhension classique de la lumière en tant qu’onde n’est pas nécessaire pour expliquer les phénomènes observés. Les découvertes de l’équipe ont déjà suscité une attention considérable au sein de la communauté des physiciens, Villas-Boas signalant des invitations à présenter ses travaux dans plusieurs pays et de nombreuses citations dans des publications évaluées par des pairs.
La proposition n’est pas sans résistance. Certains physiciens, en particulier ceux qui enseignent la dualité onde-particule depuis des décennies, sont sceptiques. Ce recul met en évidence un point crucial : les changements fondamentaux dans la compréhension scientifique se heurtent souvent au scepticisme initial. Cependant, Villas-Boas souligne que la mécanique quantique elle-même met l’accent sur le lien inextricable entre les objets quantiques et leur interaction avec les appareils de mesure, y compris ceux existant dans les états sombres.
Au-delà de la théorie : énergie cachée et nouvelles technologies
La recherche va au-delà de la réinterprétation des expériences existantes. Villas-Boas et ses collègues ont également montré que le rayonnement thermique, comme celui de la lumière solaire, peut contenir une énergie importante enfermée dans ces états sombres – une énergie qui n’interagit pas avec la matière. Cela pourrait potentiellement être exploité, même si les défis pratiques sont importants.
De plus, les travaux de l’équipe ouvrent les portes de nouvelles possibilités technologiques. En abandonnant le modèle ondulatoire, les scientifiques pourraient concevoir des interrupteurs ou des matériaux actionnés par la lumière qui interagissent avec la lumière de manière sans précédent, créant ainsi des dispositifs dotés de propriétés optiques uniques.
“Ce n’est pas nouveau, à mon avis. C’est ce que nous dit déjà la mécanique quantique.” – Celso Villas-Boas
La réinterprétation de l’interférence par l’étude offre également un cadre pour comprendre des phénomènes auparavant inexplicables, comme les ondes interférant sans chevauchement direct. En fin de compte, le débat autour des photons sombres souligne l’amélioration continue de notre compréhension du monde quantique.
