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Particule en superposition d'état



  1. #1
    Seb299792

    Question Particule en superposition d'état


    ------

    Bonjour à toutes et à tous,
    J'ai une question assez simple qui me permettrai d'éclaicir quelques idées.

    Soit une particule en superposition d'état. Cette superposition peut elle être maintenu un temps indéfinie ?
    Si tel n'est pas le cas de quel ordre est cette durée ?

    Si le temps lui même n'est pas un facteur de décohérence, est ce la seul observation qui l'est ?

    Merci bien pour vous réponses.

    -----
    Certaines vérités nous paraissent invraisemblables parce que notre connaissance ne les atteint pas.

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  3. #2
    Karibou Blanc

    Re : Particule en superposition d'état

    Salut,
    Soit une particule en superposition d'état. Cette superposition peut elle être maintenu un temps indéfinie ?
    Si elle n'interagit avec rien autour d'elle, cette superposition sera maintenu indéfiniment. En fait même si elle interagit avec un autre système, cela peut encore être le cas à condition que l'état superposé soit un état propre du hamiltonien d'interaction.
    Si tel n'est pas le cas de quel ordre est cette durée ?
    Tout dépend du systèmre que tu étudie et de son interaction avec son environnement, il y a beaucoup de paramètre en jeu et c'est très difficile de données une réponse précise, pour un environnement macroscopique (voire méso) c'est très très très faible, tu peux faire des recherches sur la décohérence, notamment sur les cours de Serge Haroche au collège de France si tu es initié à la MQ.
    Si le temps lui même n'est pas un facteur de décohérence, est ce la seul observation qui l'est ?
    J'avoue que je ne saisis pas bien le sens de ta question. En fait ce n'est pas le temps qui est responsable de la décohérence mais l'interaction avec un environnement. Le temps lui ne fait (comme à son habitude) que passait pour rendre compte de cette décohérence.

    @plus

  4. #3
    Seb299792

    Re : Particule en superposition d'état

    Citation Envoyé par Karibou Blanc
    Salut,


    Si elle n'interagit avec rien autour d'elle, cette superposition sera maintenu indéfiniment. En fait même si elle interagit avec un autre système, cela peut encore être le cas à condition que l'état superposé soit un état propre du hamiltonien d'interaction.


    Tout dépend du systèmre que tu étudie et de son interaction avec son environnement, il y a beaucoup de paramètre en jeu et c'est très difficile de données une réponse précise, pour un environnement macroscopique (voire méso) c'est très très très faible, tu peux faire des recherches sur la décohérence, notamment sur les cours de Serge Haroche au collège de France si tu es initié à la MQ.


    J'avoue que je ne saisis pas bien le sens de ta question. En fait ce n'est pas le temps qui est responsable de la décohérence mais l'interaction avec un environnement. Le temps lui ne fait (comme à son habitude) que passait pour rendre compte de cette décohérence.

    @plus
    Lorsque l'on observe une particule, on intéragie avec. Donc on est succeptible d'en modifier l'état. Donc comment sait on qu'une particule est dans un état de superposition ? Et comment savoir qu'elle y reste ?
    Certaines vérités nous paraissent invraisemblables parce que notre connaissance ne les atteint pas.

  5. #4
    Karibou Blanc

    Re : Particule en superposition d'état

    Donc comment sait on qu'une particule est dans un état de superposition ?
    Supposons que ta particule soit dans une superposition de deux états propres (disons a et b) d'une observable donnée (disons A). Si tu réalises une mesure de cette observable sur une série de particules préparées dans le même état superposé, alors tu obtiendras comme résultats soit a soit b avec une certaine probabilité pour chacun des deux résultats possible.
    Si tes particules sont toutes dans un état propre de A (disons a) alors tu auras toujours a comme résultats de mesure.
    Cela te permet de savoir si tu avais une superposition au départ.

    Evidemment une fois que tu as réalisé la mesure, la superposition a disparu, il y a eu réduction du paquet d'onde comme on dit. Donc on peut savoir si avant la mesure, l'état est superposé ou non, et dans tous les cas après la mesure, la superposition a disparu.

    Je ne sais pas si ca répond à ta question.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Seb299792

    Re : Particule en superposition d'état

    Citation Envoyé par Karibou Blanc
    Supposons que ta particule soit dans une superposition de deux états propres (disons a et b) d'une observable donnée (disons A). Si tu réalises une mesure de cette observable sur une série de particules préparées dans le même état superposé, alors tu obtiendras comme résultats soit a soit b avec une certaine probabilité pour chacun des deux résultats possible.
    Si tes particules sont toutes dans un état propre de A (disons a) alors tu auras toujours a comme résultats de mesure.
    Cela te permet de savoir si tu avais une superposition au départ.

    Evidemment une fois que tu as réalisé la mesure, la superposition a disparu, il y a eu réduction du paquet d'onde comme on dit. Donc on peut savoir si avant la mesure, l'état est superposé ou non, et dans tous les cas après la mesure, la superposition a disparu.

    Je ne sais pas si ca répond à ta question.
    Très bien, donc de mon état A, j'observe soit Aa ou Ab et on considère donc (a|b) comme les états superposé de A.
    Pourquoi cela ne pourrait il pas (je parle de a,b) être un sous état de A. Je veux donc dire qu'il existerait des particules Aa, des particules Ab mais pas de particule A(a|b) ?
    Certaines vérités nous paraissent invraisemblables parce que notre connaissance ne les atteint pas.

  8. #6
    Baygon_Jaune

    Re : Particule en superposition d'état

    Si, justement, tu peux avoir une particule dans état superposé a+b (avec les coeff qui vont bien) ; mais tu ne peux observer que a ou b, et ta mesure te renvoie alors un état propre de l'observable (a OU b).
    « L'ennemi est bête : il croit que c'est nous l'ennemi alors que c'est lui ! » Desproges

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  10. #7
    Seb299792

    Re : Particule en superposition d'état

    Citation Envoyé par Baygon_Jaune
    Si, justement, tu peux avoir une particule dans état superposé a+b (avec les coeff qui vont bien) ; mais tu ne peux observer que a ou b, et ta mesure te renvoie alors un état propre de l'observable (a OU b).
    Cela j'ai bien compris, mais si tel est le cas, qu'est qui prouve que la particule était dans un état a+b puisque lorsqu'on l'observe on aura a OU b ?
    Je sais bien que l'on ne m'a pas attendu pour ce poser ce genre de question, mais il y a quelque chose que je ne saisie pas.

    Sinon, d'après vos exemples, je peux tout aussi bien considérer des particules Aa et Ab sans pour autant parler d'état superposé A(a|b).
    Certaines vérités nous paraissent invraisemblables parce que notre connaissance ne les atteint pas.

  11. #8
    Karibou Blanc

    Re : Particule en superposition d'état

    Cela j'ai bien compris, mais si tel est le cas, qu'est qui prouve que la particule était dans un état a+b puisque lorsqu'on l'observe on aura a OU b ?
    Visiblement je me suis mal exprimé. On peut prouver qu'elle était dans un état superposé, mais uniquement par induction. Je m'explique. Le fait que l'état soit une superposition d'états propres ou non n'est détectable qu'à travers des probabilités. Expérimentalement cela se traduit par l'étude d'une série statistique. Je m'explique, on prépare DE LA MEME MANIERE un très grand nombre de particules, et on veut savoir si chacune d'entre elle est dans une superposition d'états ou non. Elles sont toutes identiques (on suppose en effet que l'appareil qui prépare les états est parfait).
    Ensuite pour chaque particule ainsi préparée, je fais une mesure de A, j'obtiens a ou b. Lorsque j'ai mesuré A pour toute mes particules (disons 100), j'ai par exemple obtenu 30 fois a et 70 fois b. Je peux donc affirmer (par induction) que si je fais la même mesure sur la 101ème particule préparée à l'identique, j'ai une probabilité de 30% d'obtenir a et de 70% d'obtenir b.
    Le simple fait que j'obtienne tantôt un résultat, tantôt un autre est le signe expérimental direct que les états propres a et b étaient EN MEME TEMPS présent dans l'état initial de ma particule, il y a bien une superposition.

    Je viens ainsi de montrer que l'état de ma particule à la sortie de l'appareil qui l'a "préparée" est une superposition de a et b avec les probabilités citées ci dessus d'obtenir soit a soit b si je fais une mesure. Maintenant si je ne mesure rien, et que ma particule n'interagit avec rien durant son parcours, cette superposition ne change pas.

  12. #9
    Seb299792

    Re : Particule en superposition d'état

    Citation Envoyé par Karibou Blanc
    Visiblement je me suis mal exprimé. On peut prouver qu'elle était dans un état superposé, mais uniquement par induction. Je m'explique. Le fait que l'état soit une superposition d'états propres ou non n'est détectable qu'à travers des probabilités. Expérimentalement cela se traduit par l'étude d'une série statistique. Je m'explique, on prépare DE LA MEME MANIERE un très grand nombre de particules, et on veut savoir si chacune d'entre elle est dans une superposition d'états ou non. Elles sont toutes identiques (on suppose en effet que l'appareil qui prépare les états est parfait).
    Ensuite pour chaque particule ainsi préparée, je fais une mesure de A, j'obtiens a ou b. Lorsque j'ai mesuré A pour toute mes particules (disons 100), j'ai par exemple obtenu 30 fois a et 70 fois b. Je peux donc affirmer (par induction) que si je fais la même mesure sur la 101ème particule préparée à l'identique, j'ai une probabilité de 30% d'obtenir a et de 70% d'obtenir b.
    Le simple fait que j'obtienne tantôt un résultat, tantôt un autre est le signe expérimental direct que les états propres a et b étaient EN MEME TEMPS présent dans l'état initial de ma particule, il y a bien une superposition.

    Je viens ainsi de montrer que l'état de ma particule à la sortie de l'appareil qui l'a "préparée" est une superposition de a et b avec les probabilités citées ci dessus d'obtenir soit a soit b si je fais une mesure. Maintenant si je ne mesure rien, et que ma particule n'interagit avec rien durant son parcours, cette superposition ne change pas.
    Ok, c'est en effet plus claire .
    Mais, il y a tout de même quelques chose qui me chatouille. Içi, la seul chose qui nous permet de montrer l'état superposé, c'est comme tu l'as dit : "on prépare DE LA MEME MANIERE " et "on suppose en effet que l'appareil qui prépare les états est parfait".
    C'est une suposition très audacieuse quand même puisque l'on ne peux pas observer les dites particules généré et on est donc dans l'impossibilité d'être certain que la préparation est parfaite.

    Maintenant si je considère que quelques soit la préparation que l'on puisse engendrer, il reste une partie d'état (je n'ai pas trouvé d'autre terme) sur laquelle on ne peut entervenir et qui dépendent de causes qui nous échappe à ce jour.
    En partant de cette hypothèse, j'observerai exactement la même chose que vous sur cette expérience.
    Et pour autant mes particules ne serait pas dans un état superposé mais dans un état Aa ou Ab avec a et b étant des états observables sur lesquels nous ne savons agir.

    Alors qu'est ce qu'il me manque à ma compréhension de la mécanique quantique pour ne pas tomber dans ce cas de figure ?
    Dernière modification par Seb299792 ; 11/05/2005 à 15h40.
    Certaines vérités nous paraissent invraisemblables parce que notre connaissance ne les atteint pas.

  13. #10
    Chip

    Re : Particule en superposition d'état

    Citation Envoyé par Karibou Blanc
    Le simple fait que j'obtienne tantôt un résultat, tantôt un autre est le signe expérimental direct que les états propres a et b étaient EN MEME TEMPS présent dans l'état initial de ma particule, il y a bien une superposition.
    Non, ce n'est pas suffisant. Pour montrer que tu as bien préparé une superposition (quantique) d'états et non pas simplement que tu as un mélange statistique de ces états, il faut faire des expériences qui font des "rotations" entre ces états [ou bien trouver une observable correspondante, dans certains cas], autrement dit des expériences d'interférométrie entre ces états. Alors seulement tu auras montré que tu avais une superposition (quantique, cohérente) entre ces états.

  14. #11
    Karibou Blanc

    Re : Particule en superposition d'état

    Non, ce n'est pas suffisant. Pour montrer que tu as bien préparé une superposition (quantique) d'états et non pas simplement que tu as un mélange statistique de ces états, il faut faire des expériences qui font des "rotations" entre ces états [ou bien trouver une observable correspondante, dans certains cas], autrement dit des expériences d'interférométrie entre ces états. Alors seulement tu auras montré que tu avais une superposition (quantique, cohérente) entre ces états.
    Je suis d'accord avec ta remarque, MAIS dans mon cas je teste les particules une par une, l'une après l'autre, et non pas un ensemble de particules identiques. Il n'y a alors pas de confusion possible entre une superposition quantique et un mélange statistique. Je ne cherche à montrer une cohérence quantique au sein d'un ensemble de particules. Je fais simplement une mesure sur UNE SEULE particule, et je le fais sur un grand nombre de particule mais séparèment, ainsi je mets en évidence une superposition quantique pour chacune d'elle.

  15. #12
    Chip

    Re : Particule en superposition d'état

    Ben non Karibou, tu ne prouves rien du tout comme cela : rien ne te dit que tes particules (successives) ne sont pas avant la mesure pour 30% d'entre elles dans 'a' et pour 70% d'entre elles dans 'b'. Il peut y avoir une perturbation fluctuante non maîtrisée dans ton montage qui mène à ce mélange statistique (c'est bien souvent le cas!). Comment fais-tu alors la différence entre un simple mélange statistique et une véritable superposition cohérente? Eh bien, comme je l'ai dit au-dessus.

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  17. #13
    Karibou Blanc

    Re : Particule en superposition d'état

    C'est une suposition très audacieuse quand même puisque l'on ne peux pas observer les dites particules généré et on est donc dans l'impossibilité d'être certain que la préparation est parfaite.
    C'est audacieux certes, mais quand tu mesures une température avec thermomètre, qu'est-ce qui te dit que la valeur que tu obtiens est fiable ? A priori rien ! Tu supposes audacieusement que le thermomètre fonctionne correctement. Ca n'a rien à voir avec le monde quantique, on fait ça tout le temps !

    Ceci est un message de prémodération :

    Je suis conscient que ce message peut susciter un nouveau débat. Par souci de clarté, si quelqu'un veut réagir spécifiquement là dessus, je lui conseille d'ouvrir une nouvelle discussion !
    Pour la modération
    KB

  18. #14
    Karibou Blanc

    Re : Particule en superposition d'état

    Il peut y avoir une perturbation fluctuante non maîtrisée dans ton montage qui mène à ce mélange statistque (c'est bien souvent le cas!)
    Oui c'est vrai, mais j'avais supposé dès le départ que mon appareil qui prépare les états est parfait, donc sans facheuses perturbations fluctuantes qui risquent de conduire nos particules vers un mélange statistique ne sont pas présentes dans mon raisonnement.
    Encore une fois la réalité expérimentale est un autre monde

  19. #15
    Chip

    Re : Particule en superposition d'état

    Citation Envoyé par Karibou Blanc
    Oui c'est vrai, mais j'avais supposé dès le départ que mon appareil qui prépare les états est parfait, donc sans facheuses perturbations fluctuantes
    Je croyais que la question était : comment sait-on (=mesure-t-on) que des particules (successives) sont dans une superposition d'états. Je pense qu'on ne peut pas répondre à cette question en négligeant le fait qu'on peut avoir un mélange statistique... c'est un aspect primordial. Il faut réellement mesurer le fait qu'on a une superposition d'états, et pas un mélange statistique.

  20. #16
    Seb299792

    Re : Particule en superposition d'état

    Citation Envoyé par Karibou Blanc
    C'est audacieux certes, mais quand tu mesures une température avec thermomètre, qu'est-ce qui te dit que la valeur que tu obtiens est fiable ? A priori rien ! Tu supposes audacieusement que le thermomètre fonctionne correctement. Ca n'a rien à voir avec le monde quantique, on fait ça tout le temps !

    Ceci est un message de prémodération :

    Je suis conscient que ce message peut susciter un nouveau débat. Par souci de clarté, si quelqu'un veut réagir spécifiquement là dessus, je lui conseille d'ouvrir une nouvelle discussion !
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    A la différence prêt que la précision de mon termomètre ne remet pas en cause la mesure d'une température.
    Alors que là, l'exactitude de la préparation remet tout simplement en cause la superposition d'état d'une particule.

    Ce n'est quand même pas la même chose.
    Certaines vérités nous paraissent invraisemblables parce que notre connaissance ne les atteint pas.

  21. #17
    Karibou Blanc

    Re : Particule en superposition d'état

    Je croyais que la question était : comment sait-on (=mesure-t-on) que des particules (successives) sont dans une superposition d'états. Je pense qu'on ne peut pas répondre à cette question en négligeant le fait qu'on peut avoir un mélange statistique... c'est un aspect primordial.
    Et je dois reconnaître que je me suis embarquer dans une description théorique illusoire. Tu as raison, en toute rigueur expérimentalement, il faut faire comme tu l'as précisé plus haut.

  22. #18
    loicus

    Re : Particule en superposition d'état

    voir expérience a 2 trou

    et faire les calculs, c'est la seules manières de voir ce qui est ou non possible!

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  24. #19
    Seb299792

    Re : Particule en superposition d'état

    Citation Envoyé par loicus
    voir expérience a 2 trou

    et faire les calculs, c'est la seules manières de voir ce qui est ou non possible!
    Oui l'expérience des deux fentes. On peux même la voir sous ces différentes formes que Wheeler a imaginé.
    Mais je ne pense pas que cela explique la superposition d'état en soit, ou plutot je n'ai pas tout compris pour me l'expliquer.

    Karibou Blanc, tu me dit donc que "on suppose en effet que l'appareil qui prépare les états est parfait".

    Peux on en avoir la preuve ?

    Si on ne peux avoir la preuve que l'appareil qui prépare les états est parfait, je peux tout aussi bien affirmer que cet appareil n'est pas parfait, ce qui aurait pour concéquence que la superposition d'état serait à remettre en cause dans le cadre de ce que l'on a expliqué içi.
    Somme nous d'accord ?

    Maintenant, je me doute qu'il existe des preuves tangibles de la superposition d'état et qu'elle n'est pas l'artifice physico-mathématique d'une théorie, qui peux donc m'expliquer, me donner les informations qui me permettrait de ne plus douter de la superposition d'état ?
    Certaines vérités nous paraissent invraisemblables parce que notre connaissance ne les atteint pas.

  25. #20
    Karibou Blanc

    Re : Particule en superposition d'état

    Maintenant, je me doute qu'il existe des preuves tangibles de la superposition d'état et qu'elle n'est pas l'artifice physico-mathématique d'une théorie, qui peux donc m'expliquer, me donner les informations qui me permettrait de ne plus douter de la superposition d'état ?
    Comme l'a justement fait remarqué Chip plus haut, le seul vrai moyen de réaliser expérimentalement une superposition d'états est d'utiliser une paire de particules intriquées et d'étudier les corrélations entre les mesures sur chaque "particule" de la paire.

    Sinon, à mon sens, la superposition des états constitue le fondement même de la mécanique quantique. C'est d'ailleurs l'approche qu'a suivi Feynman en construisant les intégrales de chemins.
    Karibou Blanc, tu me dit donc que "on suppose en effet que l'appareil qui prépare les états est parfait".

    Peux on en avoir la preuve ?
    Je ne crois.

  26. #21
    Chip

    Re : Particule en superposition d'état

    Citation Envoyé par Karibou Blanc
    Comme l'a justement fait remarqué Chip plus haut, le seul vrai moyen de réaliser expérimentalement une superposition d'états est d'utiliser une paire de particules intriquées et d'étudier les corrélations entre les mesures sur chaque "particule" de la paire..
    Euh.. non je n'ai pas dit ça. Une superposition d'états ne nécessite pas une intrication entre particules.

  27. #22
    Seb299792

    Re : Particule en superposition d'état

    Citation Envoyé par Karibou Blanc
    Sinon, à mon sens, la superposition des états constitue le fondement même de la mécanique quantique. C'est d'ailleurs l'approche qu'a suivi Feynman en construisant les intégrales de chemins.
    Oui bien sûre mais je ne considère pas la réalité par rapport à la beauté d'une théorie. Comme le disait Wheeler est ce que ce ne sont pas nos expériences, nos théories qui créé la réalité ?

    Maintenant, est ce que quelqu'un pourrait m'en dire un peu plus sur ce qu'a dit Chip ?
    "'étudier les corrélations entre les mesures sur chaque "particule" de la paire."
    Certaines vérités nous paraissent invraisemblables parce que notre connaissance ne les atteint pas.

  28. #23
    Karibou Blanc

    Re : Particule en superposition d'état

    Une superposition d'états ne nécessite pas une intrication entre particules.
    Je n'ai pas dit cela non plus. Désolé je me suis mal exprimé.

  29. #24
    Chip

    Re : Particule en superposition d'état

    Citation Envoyé par Seb299792
    Maintenant, est ce que quelqu'un pourrait m'en dire un peu plus sur ce qu'a dit Chip ?
    "'étudier les corrélations entre les mesures sur chaque "particule" de la paire."
    Encore une fois je n'ai pas dit ça. Le fait qu'une particule est dans une superposition d'états, et la démonstration (mesure) de ceci, ne nécessite pas une intrication entre particules. Je cite juste ce que je disais au-dessus :

    Citation Envoyé par Chip
    Pour montrer que tu as bien préparé une superposition (quantique) d'états et non pas simplement que tu as un mélange statistique de ces états, il faut faire des expériences qui font des "rotations" entre ces états [ou bien trouver une observable correspondante, dans certains cas], autrement dit des expériences d'interférométrie entre ces états. Alors seulement tu auras montré que tu avais une superposition (quantique, cohérente) entre ces états.
    Par exemple dans l'expérience des trous de Young, pour prouver qu'une particule est dans un état superposé du type "je passe par le trou de gauche" et "je passe par le trou de droite", il ne suffit pas de placer un détecteur derrière chacun des trous. Il faut observer les franges d'interférences (là où interfèrent les probabilités de présences qui découlent de cette superposition, c'est à dire de ces deux trajets possibles). Sinon on n'a pas montré que les particules incidentes sont dans une superposition quantique, il peut très bien s'agir d'un simple mélange statistique (ou d'une situation intermédiaire, bien entendu).

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