Une particule peut-elle se trouver à deux endroits différents en même temps ?

Le don d’ubiquité est un superpouvoir extrêmement désirable : être à plusieurs endroits à la fois, c’est gagner un temps infini et pouvoir vivre mille vies. Si, pour les gens que nous sommes, cela reste de l’ordre du pur fantasme, la mécanique quantique, en revanche, nous fait croire que certaines particules ont bien la capacité d’être présentes à deux endroits à la fois, au même temps .

Si de telles particules existent, avertit le New Scientist, alors leurs sommes (ou « superpositions ») ont les mêmes caractéristiques. En effet, l’état d’un système quantique est représenté par un espace vectoriel, un ensemble mathématique dans lequel – entre autres – si deux éléments a et b en font partie, alors aussi a+b.

Les superpositions donnent aux particules leurs propriétés ondulatoires. Lorsqu’un photon (particule de lumière) est envoyé à travers un système de fentes de Young (deux petits trous dans une plaque opaque), un point lumineux apparaît derrière la plaque. Mais lorsque l’expérience est élargie pour envoyer une certaine quantité de photons, tous les points provoquent des interférences de l’autre côté de la plaque, comme c’est le cas dans l’illustration de cet article.

Existant, mais non observable

La seule façon d’expliquer ces interférences est de supposer que chaque particule emprunte simultanément les deux fentes d’Young, de sorte que chaque particule parcourt simultanément deux chemins. Cette superposition de chemins reste un concept abstrait, imperceptible en physique classique. La superposition existe d’un point de vue mathématique, mais elle ne se produit pas réellement sous nos yeux.

En effet, si l’on essaie de déterminer expérimentalement laquelle des deux fentes a été prise par le photon, l’interférence disparaît et l’expérience est réduite à néant. Voici le problème, résume New Scientist : Quel est l’intérêt de prétendre qu’une particule parcourt deux chemins à la fois si nous ne la voyons pas réellement le faire ?

La dichotomie entre théorie et observable tient au fait que la superposition est un concept mathématique plus complexe qu’une simple somme et qu’elle possède des propriétés bien particulières. Par conséquent, les analogies et les métaphores ne sont jamais vraiment appropriées pour décrire ce qui se passe. Et c’est pourquoi il est difficile d’affirmer qu’une particule puisse se trouver à deux endroits à la fois, même si, d’un point de vue quantique, on se comprend.