Laser quantique

[invite655213c3]

Tout d'abord bonsoir, voila j'ai récemment acheté le numéro de La Recherche au sujet des lasers, et il parlent d'une expérience connue, celle qui place un émetteur laser devant un miroir semi réfléchissant, les deux rayons alors formés sont alors renvoyés à angle droits par des réflecteurs, afin de les renvoyer tout deux devant un second miroir semi réfléchissant, et 2 récepteurs de photons en sortie (voir pièce jointe faite de ma main )

Cette expérience montre que un seul des récepteur reçoit des photons, ce qui tendrais à montrer que chaque photons as pris les deux passages simultanément, d'où le terme "quantique".
Or je ne vois pas en quoi le fait que un seul récepteur reçoive des photons montre que chacun a pris les deux directions simultanément ! Ce n'est pas le concept quantique qui me gène mais la corrélations entre le résultat effectif de l'expérience et les conclusions tirées

Merci d'avance de m'éclairer sur un sujet brumeux à mon sens.
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[Deedee81]

Salut,

J'ai lu aussi le magazine. Je l'ai trouvé très bien.

Tu peux aller voir
http://fr.wikipedia.org/wiki/Contraf...3%A9_(physique)
et les références inclues.

Or je ne vois pas en quoi le fait que un seul récepteur reçoive des photons montre que chacun a pris les deux directions simultanément ! Ce n'est pas le concept quantique qui me gène mais la corrélations entre le résultat effectif de l'expérience et les conclusions tirées

Le miroir en bas à droite est semi-transparent. Ce qui veut dire que si un rayon lumineux arrive dessus il se divise en deux et enclenche les DEUX détecteurs.

Pour qu'un seul détecteur soit activé, il faut qu'il y ait interférence entre les deux rayons arrivant par les deux branches.

Avec des ondes ou des vagues, le problème ne se pose donc pas.

Le problème est que lorsque on place des détecteurs dans les branches, on détecte toujours les photons dans une seule branche.

Là, ça devient plus délicat à interpréter (pourquoi le fait que le photon aurait pu passer dans l'autre branche provoque-t-il des interférences ? C'est la contrafactualité). Cela montre que les raisonnements corpusculaires sont incorrects. Mais les raisonnements purement ondulatoires ne le sont pas non plus (puisqu'on ne détecte le photon qu'à un seul endroit).

Ce phénomène permet aussi de détecter la présence d'un obstacle dans une banche même si le photon ne le touche pas (cat dans ce cas le photon n'aurait pas pu passer par là et il n'y a pas d'interférence). Ca, c'est vraiment perturbant.

Et on a pu effectuer en réel ce type "de mesure sans interaction". Et de manière beaucoup plus efficace qu'avec le simple dispositif décrit dans le magazine. Voir par exemple :
http://xxx.lanl.gov/abs/quant-ph/0508102
où on peut arriver à une efficacité arbitrairement élevée.

Donc, l'interprétation est difficile et dépend plus généralement de l'interprétation de la mécanique quantique (ce problème n'est pas propre à la lumière, on l'a aussi avec des électrons par exemple).

[doul11]

bonjour,

vous pouvez regarder de document :http://www.physics.utoronto.ca/~aeph...Beyond2007.ppt

je trouve ce document très bien, il y beaucoup de schéma, de graphiques et de formules, toute l'expérience est décrite pas a pas.

[doul11]

je croie qu'il y aune erreur dans le schéma de WAM-Val, le rayon de photon est capté par le détecteur horizontal.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Interf%...e_Mach-Zehnder

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

je croie qu'il y aune erreur dans le schéma de WAM-Val, le rayon de photon est capté par le détecteur horizontal.

Il faut les deux (vertical et horizontal) pour les vérifications de la MQ.

[invite655213c3]

Le miroir en bas à droite est semi-transparent. Ce qui veut dire que si un rayon lumineux arrive dessus il se divise en deux et enclenche les DEUX détecteurs.

Pour qu'un seul détecteur soit activé, il faut qu'il y ait interférence entre les deux rayons arrivant par les deux branches.

Mais si il y a interférence, ne devrait il pas y avoir aucune détection ? Par aucun des deux capteurs ?

Le problème est que lorsque on place des détecteurs dans les branches, on détecte toujours les photons dans une seule branche.

Tu appelle branche l'espace entre les deux miroirs SR ? SI c'est celà c'est plus qu'étrange en effet...

Là, ça devient plus délicat à interpréter (pourquoi le fait que le photon aurait pu passer dans l'autre branche provoque-t-il des interférences ? C'est la contrafactualité). Cela montre que les raisonnements corpusculaires sont incorrects. Mais les raisonnements purement ondulatoires ne le sont pas non plus (puisqu'on ne détecte le photon qu'à un seul endroit).

Je te suis, en gros ça montre que la dualité entre les deux interpretation est obligatoire car aucun ne satisfait les exigences observées.

Mais, (et là je fais plus de la philo mais vous m'excuserez ) ne peux il pas exister d'autre mode d'expression que les corpuscule et les ondes pour décrire la lumière ? Ça résoudrais pas mal de problème non ?

Ce phénomène permet aussi de détecter la présence d'un obstacle dans une banche même si le photon ne le touche pas (cat dans ce cas le photon n'aurait pas pu passer par là et il n'y a pas d'interférence). Ca, c'est vraiment perturbant.

Mais si il y a obstacle, comment le photon fait il pour ne pas interférer avec lui ?


Vous excuserez j'espère mes questions mais je suis encore un néophyte en physique quantique (Il est où le bon temps où le monde était plat ? )

[Deedee81]

Salut,

Mais si il y a interférence, ne devrait il pas y avoir aucune détection ? Par aucun des deux capteurs ?

(oui, j'appelle bien branche les deux parcours dans le carré))

Non. Le rayon venu par une branche se divise en deux sur le dernier miroir, un rayon vers chaque détecteur. Et l'autre rayon, venu par l'autre branche se divise aussi en deux, un rayon vers chaque détecteur.

Tu as donc "deux interférences" : deux rayons qui se superposent vers un détecteur et deux rayons qui se superposent vers l'autre détecteur.

Chaque miroir introduit, lors de la réflexion, un déphasage quart d'onde (mais pas quand le rayon passe à travers, évidemment).

On vérifie alors qu'une des interférences est constructive (suffit de compter le nombre de réflexion pour chaque chemin) et l'autre destructive.

Je te suis, en gros ça montre que la dualité entre les deux interpretation est obligatoire car aucun ne satisfait les exigences observées.

Mais, (et là je fais plus de la philo mais vous m'excuserez ) ne peux il pas exister d'autre mode d'expression que les corpuscule et les ondes pour décrire la lumière ? Ça résoudrais pas mal de problème non ?

Je suis d'accord. Il existe des dizaines et des dizaines d'interprétations différentes de la mécanique quantique. Certaines relativement intuitives, d'autres très abstraites, certaines très réalistes, d'autres très positivistes, certaines très pragmatiques, d'autres très fantaisistes, certaines expliquant simplement cette expérience, d'autres non.

Et tu as raison, ça fleure bon la philosophie. C'est, disons, à cheval entre physique et philo (c'est au minimum de l'ontologie, mais parfois ça va "trop loin", comme une histoire de "degré d'existence" que j'avais eut du mal à avaler ).

Ca donne aussi son charme à la MQ : elle nous force à se poser des questions.

Mais si il y a obstacle, comment le photon fait il pour ne pas interférer avec lui ?

Ca dépend si le photon passe dans la branche où est l'obstacle ou non.

C'est un fait que s'il passe dans la branche où se trouve l'obstacle, aucun photon n'arrive au bout.

Par contre s'il passe par la branche sans obstacle, pas de problème, il est envoyé dans un des deux détecteurs (puisqu'il n'y a plus d'interférences).

La difficulté est que sans obstacle, l'explication ondulatoire semble la bonne et avec obstacle l'explication corpusculaire semble la bonne (on n'a jamais de "détection par 'lobstacle" ET par un des détecteurs, comme cela se produisait si une onde empruntait les deux branches).

Un peut comme si avant même de s'engager dans les branches, le photon disait "oh oh, il y a un obstacle là bas, bon, alors il vaut mieux que me comporte comme un corpuscule avant de franchir le premier miroir, sinon on va voir que je suis une onde et je suis très pudique"

Voilà pourquoi cela semble si mystérieux. Les explications "simples", basées sur ce que l'on connait (ondes, corpuscules), conduisent toutes à des bizarreries (pas toujours des inconsistances, mais à des trucs parfois difficile à avaler, parfois en contradiction avec la relativité ou la causalité).

Mais on peut déjà observer ce genre de curiosité avec l'expérience de Young. Voir l'excellent livre (cours) de mécanique quantique de Richard Feynman où il montre que dès que l'on essaie de savoir par quel fente passe l'électron, hop, les interférences disparaissent, et ce quelle que soit l'astuce utilisée. (j'ai adoré ce cours, j'ai plus appris et compris avec Feynman qu'en des années de manipulation de l'équation de Schrödinger. Et pourtant il évite strictement toute interprétation philosophique, il se borne à essayer, constater, modéliser. C'est tout l'art de son immense pédagogie : faire réfléchir. Sans compter que son cours est incroyablement agréable à lire, çase lit comme un roman avec des maths à très petites doses, comme on sirote un bon vin. Par contre, son cours n'est pas extrêmement poussé, ou alors écrit sur ce mode il aurait fallu dix tomes. On ne peut pas avoir le beurre et l'argent du beurre. N'espère pas y trouver, par exemple, le calcul des représentations du groupe de rotation pour en déduire les spins et leurs combinaisons.)

Mieux encore, en combinant (j'ai fait l'exercice sur papier) des appareils de détection sans interaction comme celui de l'expérience présentée ici ou dans le lien que j'ai donné, avec l'expérience de Young, on peut savoir par quelle fente passe l'électron sans interagir et sans perturber de quelque que manière que ce soit l'électron (l'idée est de se servir du passage de l'électron par une fente de Young comme un osbtacle dans l'appareil décrit dans ce fil ou dans le lien). Et bien : la figure d'interférence disparait (doit disparaitre, je n'ai pas fait l'expérience en labo). Le simple fait de "savoir" fait disparaitre la figure d'interférence.

Ca, ça mérite un :

Pas étonnant que la mécanique quantique ait tant troublé les pères fondateurs jusqu'à aboutir à des interprétations de la mécanique quantique plutôt, hum, disons, alambiquées et douteuses (théorie de la réduction de la fonction d'onde par la conscience ou théorie des consciences multiples).

Mais ça la rend aussi passionante. Comprendre la MQ est un vrai défi.

[invite655213c3]

Mais on peut déjà observer ce genre de curiosité avec l'expérience de Young. Voir l'excellent livre (cours) de mécanique quantique de Richard Feynman où il montre que dès que l'on essaie de savoir par quel fente passe l'électron, hop, les interférences disparaissent, et ce quelle que soit l'astuce utilisée. (j'ai adoré ce cours, j'ai plus appris et compris avec Feynman qu'en des années de manipulation de l'équation de Schrödinger. Et pourtant il évite strictement toute interprétation philosophique, il se borne à essayer, constater, modéliser. C'est tout l'art de son immense pédagogie : faire réfléchir. Sans compter que son cours est incroyablement agréable à lire, çase lit comme un roman avec des maths à très petites doses, comme on sirote un bon vin. Par contre, son cours n'est pas extrêmement poussé, ou alors écrit sur ce mode il aurait fallu dix tomes. On ne peut pas avoir le beurre et l'argent du beurre. N'espère pas y trouver, par exemple, le calcul des représentations du groupe de rotation pour en déduire les spins et leurs combinaisons.)

Tu peux me refiller les références de ce livre qui m'a l'air excellent ?
Ça me fera un bon petit livre de chevet !
C'est pas plus mal qu'il rentre pas trop dans des calculs trop complexes, à vrai dire la physique est plus une passion et j'ai pas trop le temps de m'occuper des calculs (même si de temps à autre ça fait pas de mal ).

Mieux encore, en combinant (j'ai fait l'exercice sur papier) des appareils de détection sans interaction comme celui de l'expérience présentée ici ou dans le lien que j'ai donné, avec l'expérience de Young, on peut savoir par quelle fente passe l'électron sans interagir et sans perturber de quelque que manière que ce soit l'électron (l'idée est de se servir du passage de l'électron par une fente de Young comme un osbtacle dans l'appareil décrit dans ce fil ou dans le lien). Et bien : la figure d'interférence disparait (doit disparaitre, je n'ai pas fait l'expérience en labo). Le simple fait de "savoir" fait disparaitre la figure d'interférence.

Balaise l'électron. Ça c'est la MQ que j'aime, les physiciens (ou même les théoriciens aller savoir !) ont du boulot là dessus.
Bonne chance si tu bosse là dessus et merci pour tes réponses, ça m'a beaucoup aidé.

[Deedee81]

Tu peux me refiller les références de ce livre qui m'a l'air excellent ?

http://www.amazon.fr/Cours-physique-.../dp/2100049348

Je l'ai presque usé ce livre. C'est vrai qu'il est excellent.