Les photons intriqués ?

[invite3d909aba]

Bonjour,

Tout d'abord, je m'excuse d'avance pour les termes que je vais probablement mal employer sur le sujet, mon niveau en physique quantique se situant quelque part en dessous du niveau inculte ...

Mon fils est tombé sur un article du dernier Sciences et Vie concernant l'expérience sur le lien à distance entre photons intriqués.

Il a globalement compris l'expérience et le fait que l'état des photons n'est "pas figé" tant qu'il n'y a pas mesure.
Sciences et Vie simplifie l'explication pour les novices que nous sommes en disant que les photons seront blancs ou noirs au moment de la mesure, et que le fait de mesurer un photon figera instantanément le même état pour son copain intriqué quelque soit la distance.

Du haut de ses 10 ans, mon fils m'a posé la question suivante :
- Dit papa ... Comment on sait que les 2 photons ne sont pas tous les deux blancs ou noirs dès le départ ?

Sur le net, je ne trouve rien me permettant de lui répondre autre chose que "Ben, c'est un fait admis de tous ...".

Je me tourne donc vers la solution forum, et relaie sa question :
- Dites les gens ... Comment on sait que les 2 photons ne sont pas tous les deux blancs ou noirs dès le départ ?

Merci
Un papa bien embêté ...
-----

[obi76]

Très bonne question à laquelle je m'abstiendrai de répondre, n'étant pas du tout spécialisé en MQ contrairement à certains sur ce forum.

Néanmoins la réponse m'intéresse grandement

[invite88ef51f0]

Salut,
Ce que ton fils propose, c'est une théorie à variables cachées (la couleur est déjà déterminée mais on ne le sait pas).
La seule réponse que j'ai, ce sont les inégalités de Bell. En supposant qu'on a une théorie locale à variables cachées, on peut démontrer une inégalité. Or on trouve expérimentalement (expérience d'Alain Aspect) que cette inégalité n'est pas respectée.

Mais je tire mon chapeau à celui qui arrivera à expliquer les inégalités de Bell de manière claire et compréhensible par un enfant de 10 ans (même s'il a l'air intelligent et curieux).

[invite3d909aba]

Salut,
Ce que ton fils propose, c'est une théorie à variables cachées

Il propose ça mon fils ? Whaou, le m'sieur Jourdain de la "théorie à variables cachées".

La seule réponse que j'ai, ce sont les inégalités de Bell.

Je vais regarder ça (et passer d'abord par la pharmacie pour de l'aspirine ...).
Merci

Mais je tire mon chapeau à celui qui arrivera à expliquer les inégalités de Bell de manière claire et compréhensible par un enfant de 10 ans (même s'il a l'air intelligent et curieux).

Dans quoi je m'embarque ...
En tout cas, curieux il l'est, il n'y a pas de doute ...

Mais je préférais les questions qu'il posait à 2 ans, c'était plus à ma portée ... :
- C'est quoi ça ? Une porte ...
- C'est quoi ça ? Une voiture ...
...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite0bbfd30c]

Tu peux aller voir ce fil qui décrit une expérience permettant de bien voir le problème même si on n'a pas beaucoup de connaissances mathématiques. J'ajoute que l'expérience décrite est réalisable en laboratoire, il n'y a donc pas de "supercherie" et on touche directement au problème.

[invite3d909aba]

Tu peux aller voir ce fil qui décrit une expérience permettant de bien voir le problème même si on n'a pas beaucoup de connaissances mathématiques.

expliqué "avec les mains", j'adore ...

Merci pour le lien, j'étais en train de me palucher "les inégalités de Bell" sur wikipedia, ainsi que ce rapport, mais bobo la tête ...

Il ne me reste plus qu'à bien comprendre le problème et à tenter de le retranscrire à mon fils ... (là, suis pas couché ...)

[obi76]

Il ne me reste plus qu'à bien comprendre le problème et à tenter de le retranscrire à mon fils ... (là, suis pas couché ...)

Si vous y arrivez (je ne dis pas que c'est impossible, loin de là), alors mes félicitations

En tous cas il est bien parti votre fils

[invite3d909aba]

Si vous y arrivez (je ne dis pas que c'est impossible, loin de là), alors mes félicitations

Mouaih ... je vais finir par me rabattre sur la bouteille de lait ...

Deux conditions pour y arriver :
- comprendre moi même
- l'expliquer "avec les mains" sans math

[invite62bc0b1c]

Sans invoquer les inégalités de Bell, il est quand même possible de répondre à la question posée non ?
Je me lance ! soit B = blanc et N = noir
1 = photon 1 et 2 = photon 2
L'état des deux photons s'écrit B1B2 ou B1N2 ou N1B1 etc... selon la couleur de chacun.

Ce qu'il faut comprendre avec la mécanique quantique, c'est qu'un système à 1 particule peut se trouver dans plusieurs états à la fois. Par exemple on peut écrire : B1 + N1. Ensuite si on essaie de mesurer la couleur du photon, le résultat de la mesure sera B ou N avec une certaine probabilité d'avoir B ou d'avoir N.

Ici, il s'agit d'un système à 2 particules. Dans la préparation des états intriqués, il se trouve qu'il y a forcément coexistence de deux états. Par exemple : B1B2 + N1N2. De même qu'à une particule, si tu fais une mesure sur le photon 1, tu pourras trouver B ou N. Mais si tu trouves B alors le photon 2 sera forcément B et inversement. C'est en ce sens qu'ils sont intriqués.

Bref, pour répondre à la question : on ne sait pas au départ si les 2 sont blancs ou s'ils sont noirs, les deux états coexistent jusqu'à la mesure (ils sont blancs ET noirs). Il faut admettre qu'il faut prendre sur soi pour accepter cette idée de la physique quantique, mais c'est très bien vérifié expérimentalement.

Jean-Luc

[invite0bbfd30c]

Bref, pour répondre à la question : on ne sait pas au départ si les 2 sont blancs ou s'ils sont noirs, les deux états coexistent jusqu'à la mesure (ils sont blancs ET noirs). Il faut admettre qu'il faut prendre sur soi pour accepter cette idée de la physique quantique, mais c'est très bien vérifié expérimentalement.

Si l'expérience se contente de mesurer "blanc" ou "noir", un modèle à variables cachées (locales) explique très bien les résultats de l'expérience. C'est ce qu'a proposé très intuitivement le fils de Barbouille, qui n'a pas de raison d'"accepter" que les états "coexistent" s'il n'y a pas besoin de voir les choses de cette façon pour interpréter les résultats de l'expérience, et il a bien raison. Il faut aller plus loin pour comprendre pourquoi on ne peut pas faire un modèle à variables cachées (locales) qui marche. C'est ce que fait Mermin, voir le lien donné au-dessus.

[invite0fb72cf8]

Bonjour,

Voici une manière 'intuitive' de comprendre les inégalités de Bell. Imagine le jeu suivant: deux personnes sont dans une pièce (1 et 2). A leur sortie, elles vont être séparées, et de chaque coté, et des inspecteurs de police vont leur poser une question parmi trois questions possibles (A,B et C). A chaque question, on ne peut répondre que par oui ou par non. Le but du jeu, c'est que les deux personnes ne répondent jamais la même réponse à la même question.

Pour gagner à ce jeu, il y a deux possibilités: soit les deux personnes prévoient une stratégie avant de quitter la pièce, soit elles se communiquent leurs réponses au moment où on pose la question (par un système de micro, par exemple). Supposons qu'elles ne disposent pas de moyen de communications.

Les deux personnages sont donc obligés d'élaborer une stratégie avant de partir. Par exemple, 1 peut décider de répondre non à A, oui à B et non à C, et 2 peut faire le contraire.

Les enquêteurs répètent plusieurs fois l'expérience, et peuvent alors étudier les corrélations entre différentes réponses (par exemple, le nombre de fois que le premier personnage réponde oui à A et que le second personnage réponde non à B, etc...). Mais alors, on peut considérer une certaine corrélation (peu importe laquelle), et se rendre compte par un petit calcul que, quelle que soit la stratégie choisie par les deux personnes, cette corrélation devra nécessairement être plus grande qu'une certaine valeur.

Les inégalités de Bell, c'est tout simplement constater que si on remplace les personnages par des particules quantiques, alors la corrélation qu'on mesure est plus petite que cette valeur. Le fait d'avoir une stratégie prévue dès le départ, on appelle ça des variables cachées locales.

A+

Ising

source pour cette explication des inégalités de Bell (pdf), mais le niveau est relativement élevé, et les points de vue développés dans l'article ne font pas l'unanimité.

[invite3d909aba]

Pour gagner à ce jeu, il y a deux possibilités: soit les deux personnes prévoient une stratégie avant de quitter la pièce, soit elles se communiquent leurs réponses au moment où on pose la question (par un système de micro, par exemple).

Bonjour, et désolé pour le silence radio.

Il y a encore quelques petites choses qui me tracassent.

J'essaie de faire un petit programme pour simuler 3 comportements (en me basant sur le fil de chip) :
(désolé pour les balises CODE, je ne m'en suis pas sorti avec les listes indentées ...)

- les 2 personnes donnent des réponses au hasard
  - 1/3 des cas concernent la même question
    - dans la moitié de ces cas (1/6 du total), la réponse est identique
    - dans l'autre moitié (1/6 du total), la réponse est différente
  - 2/3 des cas concernent des questions différentes
- les 2 personnes s'entendent avant de sortir sur les réponses données
  - 1/3 des cas concernent la même question (pareil qu'au dessus)
    - mais pour tous ces cas, toutes les réponses sont différentes
  - 2/3 des cas concernent des questions différentes
- les 2 personnes communiquent au moment de la réponse

C'est sur ce dernier cas que je bloque. Le fait de décider au moment de la question de la réponse à donner me ramène toujours au second cas (s'entendre avant de sortir).
J'ai essayé de modifier les règles du jeu en disant que la question (A, B ou C) force la réponse de la première personne, impliquant que l'autre personne donne la réponse opposée à la même question.

Ben ça me donne les mêmes résultats que le cas 2. Il y a donc encore un truc qui m'échappe, mais quoi ?

si quelqu'un peu m'aiguiller un chouilla, je le remercie d'avance.

[invite0fb72cf8]

C'est sur ce dernier cas que je bloque. Le fait de décider au moment de la question de la réponse à donner me ramène toujours au second cas (s'entendre avant de sortir).
J'ai essayé de modifier les règles du jeu en disant que la question (A, B ou C) force la réponse de la première personne, impliquant que l'autre personne donne la réponse opposée à la même question.

Ben ça me donne les mêmes résultats que le cas 2.

En fait, la différence entre le cas 2 et le cas 3, c'est que, dans le cas 2, les deux personnages doivent prévoir ce qui va se passer pour les 3 questions. Si on pose une des questions au premier personnage, l'autre personnage ne sait pas quelle va être cette question, et va donc devoir prévoir une réponse pour les trois questions.

Dans le cas 3, une fois que le premier personnage à répondu à une des questions, l'autre personne sait qu'elle peut répondre n'importe quoi aux autres questions.

Ceci dit, c'est une présentation très simplifiée des inégalités de Bell. Si vraiment le sujet t'intéresse, je te conseille de lire l'article que j'ai cité, ou le lien de Chip qui est très bon.

A+

Ising

[invite3d909aba]

Ceci dit, c'est une présentation très simplifiée des inégalités de Bell.

Je n'en doute pas ...
N'oublions pas que je suis le candide dans ce fil.

Je vais imprimer l'article que tu as indiqué, et armé d'un crayon je vais me lire ça dans les transports ...
C'est en Anglais et avec des maths. Les 2 sont un peu rouillés chez moi, mais bon, c'est une occasion de réviser ...

Merci

[invite0fb72cf8]

Sinon, en français, il y a la mécanique quantique pour les non-physiciens, qui reprend une présentation moins mathématique des inégalités de Bell, et donne un aperçu des bouleversements conceptuels qu'a apporté la MQ. Au passage, l'auteur a un point de vue assez engagé sur le sujet.

[invite3d909aba]

Sinon, en français, il y a la mécanique quantique pour les non-physiciens, qui reprend une présentation moins mathématique des inégalités de Bell, et donne un aperçu des bouleversements conceptuels qu'a apporté la MQ. Au passage, l'auteur a un point de vue assez engagé sur le sujet.

Ok, merci pour le lien. Je vais me lire ça tranquillement dans les transports cette semaine, avec un crayon et une gomme ...

En tous cas il est bien parti votre fils

Merci. Mais j'ai le fin mot de l'histoire. Il n'a vu ça que comme un tour à la Garcimore (Ben c'est facile, il met deux billes de la même couleur dès le départ ...).
J'ai pris ça comme une question. Mais comme la réponse m'intéresse, je vais tâcher de comprendre, et là suis pas rentré ...

A+