Une nouvelle expérience pour vérifier la corrélation quantique

La plupart des physiciens sont convaincus de la réalité de la corrélation quantique. Les faits qui fondent cette conviction sont des expériences sur les coïncidences de polarisation de photons intriquées faites à partir du protocole des inégalités de Bell. N’y aurait-il pas une façon plus simple de vérifier la réalité de ce phénomène surprenant qui suppose une action instantanée à distance aux allures un peu « magique »?

Dans sa recherche constante de la vérité concernant la nature physique qui nous entoure, la physique théorique avait surtout exploré depuis la révolution classique une voie « terre à terre », mais depuis le début du XXe siècle, elle a pris une tangente « surréaliste » que l’on peut questionner, compte tenu du peu de résultats concrets qu’a produit la dernière génération de physiciens, au dire même de l’un d’entre eux, Lee Smolin, auteur de : « Rien ne va plus en physique! »[i]. En fait, la physique moderne est une pépinière de théories tout aussi surréalistes les unes que les autres, comme les univers multiples d’Everett, la période inflationniste du Big Bang, ou les dix dimensions d’espace de la théorie des cordes, et il y en a bien d’autres. Une de ces conceptions ahurissantes est la corrélation quantique, issue du concept d’intrication quantique, qui découle de la réponse que fit Bohr à Einstein, Podolsky et Rosen (EPR) concernant un article de ces derniers qui voulait démontrer l’incomplétude de la théorie quantique[ii].

La corrélation quantique

Sans entrer dans les détails de la polémique qui opposa Bohr à Einstein, disons simplement que le concept d’intrication quantique stipule que deux particules qui auraient été liées et qui auraient été séparées par la suite en partant dans deux directions complètement opposées (selon la loi de conservation de la quantité de mouvement) demeurent selon la théorie quantique en corrélation, et ce indéfiniment, et qu’une action, comme une mesure forte de la quantité de mouvement d’une des deux particules, qui selon la théorie quantique devrait perturber cette particule, perturbe instantanément l’autre particule, quelle que soit la distance les séparant. C’était du moins l’interprétation que l’on faisait de ce phénomène au début de son histoire, interprétation qui a beaucoup évoluée depuis, les physiciens essayant de « rafistoler » les faits discordants. Mais selon cette interprétation classique, ces particules peuvent être des photons, et dans ce cas, c’est la traversée d’un filtre polariseur par un des deux photons, qui le polarise donc, qui polarise instantanément l’autre photon selon le même plan de polarisation, quand bien même les deux photons auraient parcouru depuis leur séparation une distance telle qu’ils seraient dans deux galaxies différentes!

On a voulu vérifier cette corrélation quantique sur les photons, et ceci a donné lieu à plusieurs expériences, dont celles d’Alain Aspect et de ses collaborateurs qui ont supposément confirmé l’intrication quantique des photons. Ces expériences sont faites à partir de la mesure des coïncidences de polarisations des photons, protocole issu de la théorie des inégalités de Bell. Mais est-ce bien la bonne méthode pour vérifier l’intrication quantique? Je vous propose une autre expérience qui devrait trancher la question de l’intrication quantique de façon claire et définitive. Voyons de quoi il est question :

Une nouvelle expérience

 Nous décrirons l’expérience en considérant que la lumière est constituée de photons, puisque l’intrication quantique est un phénomène quantique et que selon la théorie quantique la lumière est ainsi constituée. D’abord, on peut vérifier à l’aide de deux polariseurs linéaires que la lumière réfléchie par n’importe lequel des polariseurs dans un angle près de zéro (0) degré n’est pas polarisée. On peut aussi vérifier que cette lumière perd la moitié de son intensité en traversant l’autre polariseur, ceci découlant de la loi de Malus qui est la loi qui détermine l’intensité résultante d’un rayon lumineux traversant un filtre polariseur en fonction de l’angle entre le plan de polarisation de la lumière incidente et celui du polariseur. Selon cette loi, une lumière qui ne serait pas polarisée ou qui serait polarisée dans tous les plans de polarisation perd la moitié de son intensité en traversant un polariseur, et une lumière incidente qui serait polarisée à 90 degrés par rapport à l’angle de polarisation d’un polariseur ne pourrait le traverser, et l’intensité de cette lumière à la sortie du polariseur serait nulle.

                       6 mètres                                                           5,9 mètres

Enr. — PM  — // ——————— // —— S —— \\ —————– \\

                       Pol. A             Filtre      Source       Filtre      Pol. B

Montage de l’expérience

Partons de l’appareil de production de photons intriqués des expériences d’Aspect. Les photons sont intriqués de telle sorte qu’ils doivent se polariser dans le même plan de polarisation après que l’un d’eux ait traversé un polariseur. Ces photons intriqués n’ont pas la même fréquence et on doit les isoler avec des filtres chromatiques. Plaçons donc deux filtres sur leur chemin de façon à isoler les photons « A » de 551,3 nm d’un côté (à gauche sur l’image), et les photons « B » de 422,7 nm de l’autre côté (à droite). Plaçons un photomultiplicateur (indiqué « PM ») sur le chemin des photons « A » (à gauche), photomultiplicateur qui enregistre le passage des photons. Ce photomultiplicateur envoie des signaux à un enregistreur (indiqué « Enr. ») qui compte le nombre de photons en fonction du temps, autrement dit, le débit de photons « A ».

On peut dans un premier temps vérifier sans polariseur interposé la valeur moyenne de ce débit pour une minute, qui devrait être assez constante sur une si longue période. Plaçons maintenant juste devant le photomultiplicateur le polariseur linéaire « A », à exactement 6 mètres de la source, qui restera en place et dans le même plan de polarisation tout au long de l’expérience. Selon la loi de Malus, le débit de photons devrait avoir diminué de moitié, ce qu’on peut vérifier. Tout autre résultat révèlerait un défaut de l’installation qu’il faudrait corriger.

Selon la théorie quantique, les photons intriqués prennent leur plan de polarisation au moment où le premier des deux photons traverse le polariseur qui se trouve sur son chemin, et l’autre se polarise instantanément dans le même plan, qu’importe la distance. Les photons gardent par la suite leur plan de polarisation et c’est pourquoi un deuxième polariseur dont le plan de polarisation serait à 90 degrés par rapport au leur les interceptera complètement, toujours selon la loi de Malus.

Plaçons maintenant sur le trajet des photons « B » (rayon de droite) un deuxième polariseur, le polariseur « B », à 5,9 mètres de la source, avec un plan de polarisation exactement à 90 degrés par rapport au polariseur « A ». La moitié des photons qui étaient sur le trajet de notre deuxième polariseur réussissent à le traverser en prenant le même plan de polarisation. Donc, la moitié des photons « A » de l’autre côté devraient s’être polarisés dans le même plan, au même moment, un peu avant d’atteindre le polariseur « A », et ne pourront donc plus le traverser. Il reste donc 50 % des photons « A » qui n’ont pas encore été polarisés, ou qui ont été polarisés dans tous les autres plans au moment où les photons « B » auxquels ils sont intriqués ont rebondi sur le polariseur « B ». Je ne sais pas exactement quel est le point de vue de la théorie quantique sur les photons qui n’ont pas traversé le polariseur « B », mais on avait vérifié avant d’entreprendre l’expérience que la lumière réfléchie par les polariseurs dans un angle près de zéro (0) degré n’était pas polarisée, et que cette lumière perdait la moitié de son intensité en traversant un autre polariseur. Donc, seulement la moitié des photons « A » restants qui, dirons-nous, n’avaient pas été polarisés devraient passer à travers le polariseur « A ». Mais comme il y en avait déjà 50 % qui ne pouvaient plus passer parce qu’ils étaient intriqués avec les photons « B » qui ont traversé le polariseur « B », 50 % de 50 % ça fait 25 %, et il n’y a donc plus que 25 % des photons « A » qui devraient passer au lieu des 50 % qui passaient avant que l’on interpose le polariseur « B » sur le chemin des photons « B »!

Autrement dit, en ajoutant le polariseur « B », le débit de photons « A » comptabilisé par l’enregistreur à l’autre bout du montage devrait diminuer de moitié, ce qui devrait être facilement vérifiable. Même si la source n’est pas très régulière, on n’a qu’à comparer des périodes de une minute avec et sans le polariseur « B », et sur de si longues périodes il est permis d’escompter que le débit moyen de la source soit assez constant pour nous permettre de vérifier une différence de débit aussi importante. S’il y a vraiment corrélation quantique, on devrait observer cette différence de débit, et ceci pourrait même nous permettre d’envoyer des messages en utilisant le code Morse par exemple, tout simplement en manipulant le polariseur « B ». Aurions-nous trouvé la clé de la téléportation quantique d’information? Il serait assez cocasse que j’aie trouvé cette clé en essayant de démontrer l’ineptie de la corrélation quantique! De toute façon, si on pouvait téléporter de l’information instantanément sur de grandes distances à une vitesse supérieure à celle de la lumière, les physiciens ne pourraient plus prétendre que la corrélation quantique n’est pas en conflit avec la vitesse limite de transfert d’information de la relativité restreinte, ce qui démontrerait de façon non équivoque l’incompatibilité entre ces deux phénomènes, comme le pensait Einstein qui n’a jamais admit l’action instantanée à distance de la corrélation quantique qu’il qualifiait d’« action surnaturelle à distance».

Une expérience facile à interpréter

Quoi qu’il en soit, il serait très difficile à la mécanique quantique d’expliquer qu’il n’y ait pas de différence de débit, car s’il y a une intrication quantique, il faut nécessairement que la polarisation des photons « B » ayant traversés le polariseur « B » polarise instantanément à l’autre bout la moitié des photons « A » dans le même plan de polarisation, et ces photons ne pourront donc plus traverser le polariseur « A » dont le plan de polarisation est à 90 degrés par rapport au leur. Il ne reste donc plus que la moitié des photons « A » qui peuvent avoir une chance de traverser le polariseur « A », mais comme ils suivent la loi de Malus, seulement la moitié d’entre eux réussiront à le faire, d’où une différence inévitable de débit des photons « A » quand on ajoute le polariseur « B » à l’autre bout du montage.

Dans cette expérience, on ne se perd pas dans des considérations mathématiques compliquées, en s’en tenant à la vérification simple et concrète de la supposée corrélation quantique, et je serais extrêmement étonné que cette expérience donne raison à la mécanique quantique, car la corrélation quantique avec son action instantanée à distance aux allures un peu « magique » est complètement surréaliste. Quoi qu’il en soit, cette expérience, facilement réalisable, devrait donc trancher le débat de façon claire et non équivoque, mais elle risque fort de démontrer que la corrélation quantique est une pure invention des physiciens du XXe siècle.

Les protocoles compliqués nous auraient-ils joué un tour?

Mais alors direz-vous : « Comment se fait-il que la majorité des physiciens soient convaincus de la réalité de ce phénomène? » Les humains sont capables de se convaincre de la réalité de toutes sortes de choses qui n’ont pas de sens, comme de l’astrologie, ou même de la mort de Paul McCartney dans un accident de voiture en 1966, qui aurait été remplacé par un sosie! En choisissant de creuser le filon du surréalisme, la physique théorique n’est plus à l’abri de ce type de dérapages, car l’imagination n’a pas de limites, et les protocoles compliqués des expériences étudiant la corrélation quantique laissent suffisamment de place à l’imagination pour que celle-ci risque de nous induire en erreur. Mais ce surréalisme est-il pertinent? C’est une question qui mérite certainement l’attention si on veut sortir la physique théorique de la léthargie où elle se retrouve en ce début de XXIe siècle[iii].

 Jean-Paul Ledoux

www.physiqueneoclassique.com

[i] « Rien ne va plus en physique : l’échec de la théorie des cordes », Lee Smolin, Dunod, France, 2007.

[ii] « La description de la réalité physique par la mécanique quantique peut-elle être considérée comme complète? », Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen, paru dans sa version originale anglaise le 15 mai 1935 dans la « Physical Review ».

[iii] Cette expérience est tirée du chapitre XXIV « L’intrication quantique » de mon livre « La Physique néoclassique : Une nouvelle approche de la physique », Société des écrivains, France-Québec, 2014.