[Fente de Young] Par ou est passé le truc ?

[invite18230371]

Bonjour,

Dans l'expérience des fentes de Young on observe sur l'écran des franges.

1) Question:
Si on veut garder la notion de trajectoire pour les "trucs" pourquoi les lignes de flux d'energie ne répondent pas à la question ?
Pourquoi n'a-t-on pas le droit de dire que si je détecte un truc sur la gauche de l'écran c'est par ce qu'il est forcément passé par la fente gauche ?

2) Expérience possible ?
N'est-il pas possible expérimentalement d'imaginer une expérience de fente de young à quanton unique.
Avec une bonne maitrise de l'instant d'émission.
Avec une bonne maitrise de l'instant de reception.
Et donc avec une bonne maitrise du chemin parcouru.
Et donc avec une bonne connaissance de par ou est passé le quanton ?

3) Question
A qu'elle précision a-t-on mesurer la vitesse d'un photon unique ?
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[Gilgamesh]

Bonjour,

Dans l'expérience des fentes de Young on observe sur l'écran des franges.

1) Question:
Si on veut garder la notion de trajectoire pour les "trucs" pourquoi les lignes de flux d'energie ne répondent pas à la question ?
Pourquoi n'a-t-on pas le droit de dire que si je détecte un truc sur la gauche de l'écran c'est par ce qu'il est forcément passé par la fente gauche ?

Ah si.

Si on détecte un truc à gauche c'est forcément que le truc est passé par là.

2) Expérience possible ?
N'est-il pas possible expérimentalement d'imaginer une expérience de fente de young à quanton unique. OUI
Avec une bonne maitrise de l'instant d'émission. OUI
Avec une bonne maitrise de l'instant de reception. OUI
Et donc avec une bonne maitrise du chemin parcouru. OUI
Et donc avec une bonne connaissance de par ou est passé le quanton ? OUI

Mais si c'est OUI partout => ça supprime le motifs d'interférence à l'écran. C'est ça l'étrange. Le fait que l'information dont on dispose sur le trajet du photon change le résultat de l'expérience.

3) Question
A qu'elle précision a-t-on mesurer la vitesse d'un photon unique ?

Je ne sais pas, mais c'est pas important pour l'analyse de l'expérience.

[invite18230371]

Qu'on se comprenne bien

Si on détecte un truc à gauche c'est forcément que le truc est passé par là.

Tous les photons qui arrive sur la gauche de l'écran sont passé par la fente gauche ?
(c'est a postériori mais c'est déjà pas mal je trouve)

Mais si c'est OUI partout => ça supprime le motifs d'interférence à l'écran.

Pourquoi ? les incertitudes temporelles deviennent trop grande par rapport à la distance inter-fente ?

Je ne sais pas, mais c'est pas important pour l'analyse de l'expérience.

Je ne suis pas de cet avis...

[Deedee81]

Salut,

Et donc avec une bonne connaissance de par ou est passé le quanton ?

Le problème avec ça est que connaissant le chemin, un simple argument de comptage (comme expliqué dans le cours de Feynman) montre qu'on ne doit pas avoir d'interférence. Sauf.... A supposer que l'ouverture d'un trou influence le chemin même quand la particule ne passe pas par là ce qui est étrange.

Ainsi, dans la théorie de de Broglie-Bohm, il y a de telles trajectoires (qui ne sont pas des observables au sens habituel) mais elles sont profondément non classique (et même non locale, il y a des sauts instantanés, la théorie n'est d'ailleurs pas compatible avec la relativité). Notons que la fonction d'onde existe toujours dans cette théorie (avec "passage par les deux fentes").

Faut vraiment s'arracher les cheveux pour imaginer des solutions pareilles (et totalement inutiles et qui auraient provoqué l'infar du siècle à ce cher Guillaume d'Occam).

A qu'elle précision a-t-on mesurer la vitesse d'un photon unique ?

On a des émetteurs et capteurs (CCD) de photons uniques de très bonne qualité maintenant. Donc la meilleure mesure est de l'ordre de celle déjà connue : 9 chiffres significatifs. C'est TRES précis. Et concernant la position, c'est de l'ordre d'une demi-longueur d'onde (là c'est la physique ondulatoire qui limite).

Un point important dans ton analyse : l'indétermination quantique (l'endroit où est la particule par exemple) est une indétermination, pas une incertitude (malgré que ce nom soit hélas utilisé). C'est pas pas une position précise mais inconnue. Sinon en faisant la somme des termes, on n'aurait pas de termes d'interférence.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

Qu'on se comprenne bien


Tous les photons qui arrive sur la gauche de l'écran sont passé par la fente gauche ?
(c'est a postériori mais c'est déjà pas mal je trouve)

Pas si les deux fentes sont ouvertes et que tu n'as aucun moyen de "tracer" la particules le long de sa trajectoire.

Pourquoi ? les incertitudes temporelles deviennent trop grande par rapport à la distance inter-fente ?

Je ne suis pas de cet avis...

Mmmh je vois l'idée maintenant. Tu veux dire qu'en calculant le temps d'arrivée et en faisant en sorte par exemple qu'en passant par la fente A le photon ait disons un trajet plus long que par la fente B, on pourrait déterminer quel est le chemin emprunté ? Je ne sais pas si l'expérience a été tenté, je pense que oui mais je ne suis pas sûr. Ce dont je suis sûr c'est que si l'analyse du temps de vol permet de déterminer le chemin alors ça détruira la figure d'interférence. Je te l'affirme en gras parce que des expérience bien plus dingue ont été tentée et la conclusion invariable : si on connait le chemin, pas d'interférence. Si on fait en sorte que cette information disparaisse du dispositif, les figures réapparaissent *même si on fait disparaître cette information après que le photon ait atteint l'écran*.

La plus fameuse de cette l'expérience est celle de la gomme quantique à choix retardé.

Une présentation sur ce blog :
L’expérience de la gomme quantique


Tu as également une très bonne chaîne YT qui explique l'expérience (tu peux mettre les sous titre en français si tu bloque avec l'anglais) :
Comment la gomme quantique réécrit le passé | Space Time | PBS Digital Studios

Ci dessous le retranscrit de la traduction de la partie qui nous intéresse :

L'expérience des doubles fentes avec une seule particule suggère que les choses semblent ne pas exister en tant que particules bien définies voire même "réelles", entre le moment de leur création et leur détection. Il y a une zone d'ombre dans laquelle nous ne connaissons de la particule ni la position, ni la trajectoire. L'interprétation de Copenhague nous dit que dans cet intervalle, une particule n'est que sa fonction d'onde une distribution des possibilités de ses propriétés. C'est une onde de probabilités qui fait tous les trucs que font les ondes, comme faire des motifs d'interférences, jusqu'à ce qu'il se passe quelque chose qui la fait s'effondrer. L'interprétation de Copenhague est qu'une transition s'opère de l'onde à la particule.

Mais est-ce correct ? Et si c'est le cas, quelle est la cause de cette transition ? Est-ce que le fait d'observer la position d'une particule force l'univers à redevenir normal et décider dans quelle réalité nous sommes? Pour ne pas se perdre dans des vertiges métaphysiques je tiens à dire qu'il n'y a aucune raison de croire que l'observation par un physicien est plus forte pour faire s'effondrer les fonctions d'ondes que l'observation par un capteur électronique. Ou par une plante d'intérieur, d'ailleurs. Nous parlerons de ce que l'on entends par "observation" un peu plus tard.

Mais il est intéressant d'étudier ce qu'il se passe si on essaye d'observer l'onde à différents endroits dans l'expérience des doubles fentes. Le grand mystère de cette expérience est que des objets, très ressemblants à des particules [Note de moi : il fait allusion à des expériences de doubles fentes réalisées avec des molécules de fullerène], semblent passer à travers les deux fentes en même temps, comme on pourrait l'attendre d'une onde.

Les physiciens adorent les bons mystères ils ont donc essayé de zieuter par quelle fente ces particules passent réellement avant de produire le motif d'interférence Il se trouve que l'univers est contre nous. Toute expérience qui détermine sans ambiguïté par quelle fente passe la particule détruit le motif d'interférence. Au lieu de ça, les particules se séparent en deux groupes, un pour chaque fente, comme si elles n'étaient, en fait, que de simples particules depuis le début. C'est vrai même en plaçant les détecteurs *derrière* les fentes alors que l'onde aurait dû interférer avec elle même. Comme si la fonction d'onde s'était effondrée rétroactivement. Comme si l'univers disait : "Ok les gars, cet humain a compris où vous étiez." "Plus de blagues" "Faisons comme si nous étions des particules depuis tout ce temps"

Mais il y a un gros problème avec cette interprétation. On ne peut pas faire ces mesures sans gâcher l'onde. Le motif d'interférence apparaît parce que l'onde qui sort des deux fentes est ce que nous appelons "cohérente" C'est une façon pompeuse de dire que la forme de l'onde dépend des deux fentes. De telle sorte que la position des pics et des vallées est prévisible et reste cohérente à mesure que l'onde avance. Cette cohérence est ce qui permet aux ondes de produire le motif d'interférence. Mais quand on place un dispositif sur la trajectoire d'une des deux ondes, on chamboule cette cohérence et cela se répercute sur le motif qui s'affiche sur l'écran. D'ailleurs, l'expérience des doubles fentes où l'on cherche à déterminer le chemin emprunté s'appelle une expérience "Which way" ("Quel chemin ?"). Et si le test s'effectue derrière les fentes, on l'appelle expérience "Delayed choice" ("A choix retardé").

Les physiciens détestent être pris en défaut par l'univers. Alors ils ont redoublé d'inventivité pour mesurer par quel fente était passé la particule tout en préservant la cohérence. Je vais parler de la plus célèbre, réalisée en 1999. Cette expérience utilise un cristal très spécial qui peut absorber un photon et créer deux nouveaux photons, chacun ayant la moitié de l'énergie de l'original. Ces nouveaux photons sont jumeaux l'un de l'autre. En fait, ils sont intriqués. Donc fondamentalement connectés d'une étrange façon sur laquelle nous reviendrons plus tard. Plaçons ce cristal derrière les fentes afin de créer une paire intriquée de chaque photon passant par là. Envoyons un des deux sur l'écran pour produire le motif d'interférence. Et utilisons le second pour déterminer la fente par laquelle est passé le photon original. Concentrons-nous sur les détecteurs A et B. Le détecteur A réagit si le photon original est passé par la fente A Et le détecteur B réagit pour la fente B. Si l'on teste un paquet de photons, on constate qu'à chaque fois qu'un de ces deux détecteurs réagit on observe un simple amas de photons à l'écran. Pas d'interférence du tout. Comme si le fait de connaître le côté par lequel est passé le photon original l'empêche de se comporter comme une onde en passant par les fentes. Plus fou encore, cette expérience a été conçue de telle sorte que les photons atteignent les détecteurs *après* que leur jumeau ait atteint l'écran. Donc un photon arrive à l'écran en respectant le motif défini par sa fonction d'onde. Puis, plus tard, son partenaire intriqué se fait détecter par A ou B et, rétroactivement, influence le lieu d'arrivée du précédent. C'est comme si le second photon disait au premier "Wowowow !" "Quelqu'un a vu par où je suis passé" "Tu devrais faire comme si t'étais passé par là toi aussi". C'est extraordinaire. Et sachant qu'on interagit qu'avec un seul des deux, cela veut dire qu'on n'embête pas l'autre. Donc on ne détruit pas le motif d'interférence par décohérence.

Cela pourrait-il être plus bizarre encore ? On est dans la mécanique quantique, donc, oui. Voilà l'expérience de la gomme quantique. Son boulot est de détruire toute information concernant le chemin des photons. Ces dispositifs sont des séparateurs de faisceau. De simples miroirs semi-réfléchissants. Ils ne laissent passer que 50% des photons tout en réfléchissant les 50% restants. Maintenant nous avons une nouvelle possibilité. Au lieu d'être réfléchis vers les détecteurs A ou B, la moitié des photons terminent leur course dans les détecteurs C ou D. Mais cet ingénieux dispositif nous assure que si C ou D s'activent, nous n'avons aucune idée de la fente par laquelle est passé le photon. Si nous regardons uniquement les photons dont les jumeaux ont été détectés en C ou en D, on voit un motif d'interférence. On dirait que le simple fait de mélanger l'information du passage emprunté envoie rétroactivement le message "Ok, c'est bon" "L'observateur a perdu l'info concernant la fente par laquelle on est passé" "On peut à nouveau agir comme si on était passé par les deux".

Doit-on persister et signer l'interprétation selon laquelle l'observation du chemin cause l'effondrement de la fonction d'onde et que la fonction d'onde peut s'effondrer en marche arrière aussi loin que notre connaissance s'étend dans le passé ? Comme une sorte de réalité rétroactive en cascade ? C'est un peu ahurissant. Pour cette raison il est raisonnable d'être prudent même au sujet de l'interprétation de Copenhague. Une partie de l'intérêt de cette interprétation est qu'elle empêche toute interaction physique d'être plus rapide que la lumière. Voyez-vous, quand on traduit une fonction d'onde en un ensemble de propriétés connues disons, la position de la particule sur l'écran d'une certaine façon, l'entièreté de la fonction d'onde sait qu'elle doit faire ceci - s'effondrer au même instant. Mais si ces fonctions d'ondes ne sont pas physiques, comme le suggère l'interprétation de Copenhague, alors il n'y a pas réellement d'interaction physique instantanée. Par contraste, une interprétation physique de la fonction d'onde, comme la théorie de l'onde pilote de De Broglie et Bohm, requière une physique sous-jacente un jeu de propriétés définies qui évolue avec la fonction d'onde Que s'appelerio "variables cachées". C'est une position inconfortable, parce que pour expliquer les résultats expérimentaux, ces propriétés physiques ont besoin de changer instantanément peu importe la distance. Elles ont besoin de ce qu'on appelle la "non-localité" L'expérience de la gomme quantique à choix retardé ne nous dit pas si la fonction d'onde a une réalité physique ou pas Mais elle nous dit que l'interprétation de Copenhague ou toutes autres interprétations métaphysiques de la fonction d'onde ne sont pas plus dingues qu'une interprétation physique. En fait la solution viendrait du phénomène fascinant qu'est l'intrication quantique Comme nous le verrons prochainement, les particules intriquées sont, en effet, capables d'interagir à distance instantanément. Et nous verrons que leur non-localité ne viole pas la causalité Peut-être qu'elles peuvent même affecter la cohérence et la décohérence, rétroactivement et physiquement sans mettre le bazar dans la causalité. Peut-être que ce qu'on appelle "observation" est juste une intrication entre l'observateur et l'expérience. Peut-être que le décor changeant qu'est l'intrication dans toute son impossible complexité est ce qui définit la réalité de notre espace-temps.

[DidierGr]

Bonjour,
Je lis avec une grande attention les discussions de ce forum, en particulier concernant la MQ, j'ai d'abord quelques questions préliminaire, naïve au sujet de la mise en œuvre de cette expérience avant de passer au vif du sujet.
Concernant le passage des fentes de Young, il me semble exister quelques défauts particuliers:

• tous les photons ne passent pas les fentes, certains interagissent avec la surface solide et donc terminent leur course absorbés ou/et réfléchis avant de ne pouvoir poursuivre leur course plus en avant vers l'écran.
• d'autres passent les fentes mais diffusent par effet de bord sur les fentes.
• enfin une petite partie passent les fentes sans diffusion.

Ce qui signifie qu'en terme de corpuscule, le photon (quantum) soit ne passe pas (le plus souvent), soit diffuse (sa course est déviée), soit possède une trajectoire idéale (théoriquement linéaire en optique classique, inconnue en MQ).
Ce qui signifie qu'en terme de fonction d'onde, une grande partie de l'énergie ondulatoire est réfléchie et ne passe pas les fentes alors qu'une petite partie de l'énergie ondulatoire passe à travers les deux fentes avant d’interagir sur l'écran cible. Si l'énergie n'est pas suffisante pour exciter un électron de la cible, aucune interaction n'est possible.

Comment concilie-t-on en pratique ces deux dernières assertions ?
Cela veut-il dire que l'expérience des fentes de young est impossible avec un photon unique, puisqu'il est hors de question de le diriger à priori vers une fente ou vers l'autre ?

Noter bien que je connais la mise en œuvre réalisée avec des prismes semi-réfléchissants, qui n'ont pas les défauts ci-dessus mais mon questionnement concerne spécifiquement les fentes de Young dans sa version originale.

D'avance merci pour vos réponses éclairées (si je puis dire)

[Deedee81]

Salut,

tous les photons ne passent pas les fentes, certains interagissent avec la surface solide et donc terminent leur course absorbés ou/et réfléchis avant de ne pouvoir poursuivre leur course plus en avant vers l'écran.

Ca c'est pas grave. C'est ceux qui passent qu'on étudie.

d'autres passent les fentes mais diffusent par effet de bord sur les fentes.

C'est la diffraction. Et elle est même indispensable. Sans ça, si les fentes sont trop large, il n'y aurait pas d'interférence mais juste deux bandes lumineuses sur l'écran (image des fentes). Il faut la diffraction pour avoir des ondes sphériques en sortie de fente (et même fortement diffracté, sinon il y aurait des pics secondaires dans la diffraction et on aurait des interférences.... même avec une seule fente, et c'est pas vraiment ce qui est recherché dans cette expérience).

Ce qui signifie qu'en terme de fonction d'onde, une grande partie de l'énergie ondulatoire est réfléchie et ne passe pas les fentes alors qu'une petite partie de l'énergie ondulatoire passe à travers les deux fentes avant d’interagir sur l'écran cible. Si l'énergie n'est pas suffisante pour exciter un électron de la cible, aucune interaction n'est possible.

Comment concilie-t-on en pratique ces deux dernières assertions ?

Qu'il faut avoir une énergie suffisante !!!! Tout bêtement. J'ai fait l'expérience avec un laser (et les fentes étaient une diapositive noircie avec deux lignes tracées avec une lame de rasoir), la figure d'interférence était sur le mur. Et il fallait regarder des près (elle était petite et très peu lumineuse car juste un peu de lumière passait par les fentes).

Cela veut-il dire que l'expérience des fentes de young est impossible avec un photon unique, puisqu'il est hors de question de le diriger à priori vers une fente ou vers l'autre ?

Si, si, c'est possible, mais il faut en envoyer plusieurs avant d'en avoir un qui passe. C'est tout. C'est vrai aussi pour les expériences avec électrons, neutrons, atomes et même molécules (la plus grosse essayée est la molécule de fullerène).

Noter bien que je connais la mise en œuvre réalisée avec des prismes semi-réfléchissants, qui n'ont pas les défauts ci-dessus mais mon questionnement concerne spécifiquement les fentes de Young dans sa version originale.

Dans sa version originale on était encore très loin de la mécanique quantique. Le rayonnement lumineux était composé de milliards de photons (mais Young ne le savait pas) et ce qu'il a vérifié c'est que la lumière était ondulatoire (en fait, à cette époque, 1801, on ne savait même pas encore que la lumière était une onde électromagnétique !!!!)

[DidierGr]

Merci de votre réponse Deedee81

Je les reprends dans le désordre.

on ne savait même pas encore que la lumière était une onde électromagnétique

D'autant que cette expérience est interprétable en ne considérant que l'aspect ondulatoire.
Les ondes radios étant des ondes électromagnétiques, cette expérience peut être également réalisée à l'aide d'une antenne radio émettrice et d'antennes réceptrices. Les longueurs d'onde étant plus grandes que celles de la lumière visible, il est tout à fait loisible de les observer (détecter) plus aisément.

Ca c'est pas grave. C'est ceux qui passent qu'on étudie.

Oui, mais comment être certain d'identifier ceux qui passent, les observer provoquerait une interaction qui réduirait le paquet d'onde. Ou alors observer et compter ceux qui ne passent pas, puisqu'ils ont déjà interagi mais cela me semble difficile et hasardeux de considérer par défaut que les autres sont nécessairement tous passés les uns après les autres ou en paquets.

Si, si, c'est possible, mais il faut en envoyer plusieurs [photons] avant d'en avoir un qui passe.

De fait il n'est pas possible de savoir la part d'énergie ondulatoire qui passe à chaque fois et si la recombinaison d'énergie pour former un quanton n'est pas dû à la somme d'énergies partielles de plusieurs ondes qui auraient partiellement franchi les fentes. D'autant qu'il me semble, sauf erreur, que les expériences réalisées avec des photons uniques, ne l'on pas été avec un dispositif à double fente.

[Pio2001]

Mmmh je vois l'idée maintenant. Tu veux dire qu'en calculant le temps d'arrivée et en faisant en sorte par exemple qu'en passant par la fente A le photon ait disons un trajet plus long que par la fente B, on pourrait déterminer quel est le chemin emprunté ? Je ne sais pas si l'expérience a été tenté, je pense que oui mais je ne suis pas sûr. Ce dont je suis sûr c'est que si l'analyse du temps de vol permet de déterminer le chemin alors ça détruira la figure d'interférence.

Oui, c'est simple. Si on se place dans une frange particulière, cela veut dire qu'entre le chemin A et le chamin B, la différence de distance est de k*lamdba, où k est un entier et lambda est la longueur d'onde de la lumière. La frange suivante se trouve à l'intersection de deux chemins A' et B' dont la différence de longueur A'-B' est donnée par la valeur de k suivante.
Donc si on veut bien rester dans une frange, et en même temps faire la différence entre la voie A et la voie B, il faut mesurer l'instant de départ et l'instant d'arrivée avec une précision nettement supérieure à la période de l'onde lumineuse.
Or tout photon obéit au principe d'indétermination de Heisenberg : plus il est précisément concentré dans le temps, plus sa longueur d'onde est indéfinie. Et inversement, plus sa longueur d'onde est précise, plus il est étalé dans le temps.
La relation entre les deux est delta E * delta t >= hbar /2.
Avec t notre précision temporelle en secondes, E l'énergie du photon en joules, et hbar = h / (2*pi) où h est la constante de Planck exprimée en joules-secondes.
L'énergie du photon est reliée à sa fréquence par la formule E = h*nu, où nu est la fréquence en Hertz.

On en déduit que pour réaliser une mesure assez précise de l'instant de départ et d'arrivée, il faut une source de lumière telle que chaque photon ait une fréquence suffisamment étalée... pour faire disparaître les franges !
Avec une source de lumière suffisamment monochromatique pour que les franges apparaissent, automatiquement, chaque photon devient trop étalé dans le temps pour distinguer la durée de parcours du chemin A de celle du chemin B.

[Deedee81]

Salut,

Oui, mais comment être certain d'identifier ceux qui passent, les observer provoquerait une interaction qui réduirait le paquet d'onde. Ou alors observer et compter ceux qui ne passent pas, puisqu'ils ont déjà interagi mais cela me semble difficile et hasardeux de considérer par défaut que les autres sont nécessairement tous passés les uns après les autres ou en paquets.

Mais c'est ce qu'on fait (les observer) ! Ce sont ceux qui arrivent sur la cible (évidemment c'est pas près des fentes qu'on les observe).
Et s'il y en avait qui se perdait entre les fentes et la cible :
- ma foi, quelle importance à quel moment ils sont perdus. Ce qui compte c'est ceux qu'on peut utiliser (observer, enregistrer sur la cible). Ce qu'on n'observe pas a autant d'intérêt que les anges tenant sur une tête d'épingle (vieux débat des scolastiques du Moyen-Age).
- ce serait vraiment étrange (mais bon, ça c'est pas un argument, hein, juste une remarque. Les trucs étranges c'est pas ce qui manque).
- dans l'expérience avec des électrons on le remarquerait vite... avec la disparition de la charge électrique. Tandis que ceux qui ne passent pas les fentes car absorbés par la paroi, la charge est bien là. Dans des dispositifs pratiques on doit même l'évacuer pour éviter des claquages ou des dysfonctionnement : dans les microscopes électroniques (qui est un peu du style Young puisque c'est l'aspect ondulatoire qui est exploité, comme avec un microscope optique, sauf qu'il n'y a pas des fentes mais des lentilles, ici des électroaimants) ou dans les anciens tubes cathodiques (la grosse ventouse avec un câble sur le coté servait à ça et crois moi, ça vaut mieux, j'ai eut trente-mille volts une fois dans les pattes et j'ai volé sur un mètre : au sens propre, on a l'impression de recevoir un coup de boxeur.... véridique).

D'autant qu'il me semble, sauf erreur, que les expériences réalisées avec des photons uniques, ne l'on pas été avec un dispositif à double fente.

Houlà, je ne m'avancerais pas ! A vérifier. En tout cas dans des expériences "sans pertes" si (sans fentes, comme pour le microscope électronique, ou les interféromètres pour les photons, si, ça été fait.... bien que ce soit relativement récent, il a fallu disposer tant de fibres optiques hautes performances que de capteurs à faible pertes. Voir par exemple les nombreuses expériences faites par le groupe Zeilinger qui a réussit à atteindre le seuil inférieur de non détection permettant de fermer le "loop hole" de certaines expériences, comme celle d'Aspect (loop hole = échappatoire, ici une "conspiration" des photons non détectés pour faire "croire" que la MQ est juste)). Young n'étant pas le plus efficace, c'est clair, c'est surtout son coté pédagogique qui est apprécié pour l'étude des ondes ou comme introduction à la mécanique quantique (Feynman le fait et précise même que ce sont des expériences de pensée mais que leur résultat ne fait aucun doute car réalisé avec de vraies expériences mais beaucoup trop complexes pour servir de cadre pédagogique).

Au-delà de ça, il faut arrêter à un moment donné avec le non mesurable. En physique, on a d'une part un dispositif, d'autre part des données mesurables, et enfin, au troisième coin du triangle des équations/théories. Si les résultats expérimentaux sont en accord avec la théorie dans tous les aspects expérimentaux accessibles, alors la théorie est validée.... et ce qui serait au-delà est soit de la philosophie (que fait l'arbre qui tombe si personne ne l'écoute ) ou des reformulations non réfutables (ça existe, la théorie de de Broglie - Bohm par exemple, du moins dans le domaine non relativiste). Et ce jusqu'à preuve (expérimentale) du contraire. La MQ est la théorie la mieux validée de tous les temps (7 chiffres significatifs pour le calcul/mesure du moment magnétique anomal), ce qui ne veut pas dire qu'elle sera toujours juste.... mais sans boule de cristal

[DidierGr]

Merci Deedee81 pour ces réponses, je suis bien d'accord, la physique c'est une théorie, un modèle théorique qui rend compte de données mesurables et qui est de plus, prédictif d'évènements non encore observés ... La MQ n'a jamais été mise en défaut.

Ce que je voulais dire, c'est que le photon n'est observé qu'a posteriori, sur la cible lorsqu'il interagi avec un atome dont il excite un électron.
Ce qui se passe avant, reste parfaitement inconnu, alors savoir par quelle fente il est passé n'a pour moi, aucun intérêt et s'il ne passait que par une seule fente en tant que corpuscule, il ne pourrait pas interférer avec lui-même, c'est bien parce qu'il se comporte comme une onde (fonction d'onde en MQ) qu'il peut passer les deux fentes et interférer avec lui-même.

L'expérience est bien en accord avec ça, non?

Ce qu'on n'observe pas a autant d'intérêt que les anges tenant sur une tête d'épingle

Exactement ! On n'observe pas un photon passant dans une seule fente et interférant avec lui-même, point barre .

[DidierGr]

Cela pourrait-il être plus bizarre encore ? On est dans la mécanique quantique, donc, oui. Voilà l'expérience de la gomme quantique. Son boulot est de détruire toute information concernant le chemin des photons. Ces dispositifs sont des séparateurs de faisceau. De simples miroirs semi-réfléchissants. Ils ne laissent passer que 50% des photons tout en réfléchissant les 50% restants. Maintenant nous avons une nouvelle possibilité. Au lieu d'être réfléchis vers les détecteurs A ou B, la moitié des photons terminent leur course dans les détecteurs C ou D. Mais cet ingénieux dispositif nous assure que si C ou D s'activent, nous n'avons aucune idée de la fente par laquelle est passé le photon. Si nous regardons uniquement les photons dont les jumeaux ont été détectés en C ou en D, on voit un motif d'interférence. On dirait que le simple fait de mélanger l'information du passage emprunté envoie rétroactivement le message "Ok, c'est bon" "L'observateur a perdu l'info concernant la fente par laquelle on est passé" "On peut à nouveau agir comme si on était passé par les deux".

Dans la mesure on l'on choisit certains photons de la cible, ne serait-ce pas simplement une reconstruction a posteriori du passé ?
Ce qui serait bluffant dans cette expérience, ce serait de voir les franges d'interférences sans avoir à sélectionner la moitié des photons.
Cependant, cette expérience nous indique que même si ce n'est pas visible sur la cible (sauf à colorier a postériori les photons) nous avons potentiellement deux figures de franges (photons corrélés et photons anticorrélés)(cf. note*). Mais l'ensemble ne permet pas de voir directement des interférences sur la cible, il faut donc attendre la sélection réalisée a postériori pour mettre en évidence ces franges.

(Note*) Et je ne serais pas surpris qu'il y ait aussi deux figures d'impacts en coloriant a posteriori les photons qui sont passés en A et ceux qui sont passés en B.

[Deedee81]

Salut,

L'expérience est bien en accord avec ça, non?

Oui, on est d'accord là

Exactement ! On n'observe pas un photon passant dans une seule fente et interférant avec lui-même, point barre .

Evidemment, on n'a qu'un point d'impact sur la cible. Difficile d'en déduire quoi que ce soit. Par contre en recommençant (un photon à la fois, ou un électron à la fois). Au fur et à mesure qu'on a des impacts. On voit clairement se dessiner la figure d'interférence.

Dans la mesure on l'on choisit certains photons de la cible, ne serait-ce pas simplement une reconstruction a posteriori du passé ?

Reconstruire le passé, ma foi, on n'a pas trop le choix. On peut difficilement reconstruire le futur Les données expérimentales montrent toujours ce qui s'est passé, pas l'inverse. Mais ce n'est pas dû au fait de choisir certains photons. Evidemment, pas avec Young (comme je l'a dit, c'est plutôt une expérience pédagogique). On a plutôt utilisé d'autres méthodes d'interférométries. Par exemple les réseaux où quasi aucun photon ne se perd ou des interféromètres type Mach-Zender. Voir ce que je disais plus haut sur les "photons ratés". Le groupe Zeilinger a pu mener diverses expériences avec trèèèès peu de photons perdus, afin de boucher le "loophole" (résultat faussé du fait qu'une partie des photons manqueraient).

Ce qui serait bluffant dans cette expérience, ce serait de voir les franges d'interférences sans avoir à sélectionner la moitié des photons.

On sait le faire mais avec des réseaux (une tonne de fentes très serrées en fait). Ca marche fort bien. J'ai fait ce genre d'expérience en labo mais avec des rayons X, c'est le réseau cristallin qui sert alors de réseau. Le nombre de photons perdu est infime. Et on voit très bien les figures d'interférence (on utilisait ça pour déterminer la structure cristalline). Bien que dans mon cas on ne travaillait pas photon par photon, notre but n'était pas de tester la mécanique quantique.

(Note*) Et je ne serais pas surpris qu'il y ait aussi deux figures d'impacts en coloriant a posteriori les photons qui sont passés en A et ceux qui sont passés en B.

Le problème c'est que si tu peux faire ça il y a perte des interférences. Il y a même des expériences particulièrement vicieuses qui utilisent ça comme la méthode du choix différé (gomme quantique) ou les méthodes de mesure sans interaction (Elitzut-Vaidman) ou encore l'expérience d'Afshar. Certaines ont été réalisées en "vrai" (souvent de manière plus complexe, c'est la différence entre les expériences de pensée idéalisées et les vraies expériences du monde réel ).

Fait attention en faisant des recherches sur ça. Sur le net on trouve beaucoup de vidéos, d'articles,.... mais avec pas mal d'interprétations/explications à la noix. Et pas toujours de crank, parfois même de physiciens qui sont, disons, un peu trop enthousiaste avec "leur interprétation préférée" de la mécanique quantique

[DidierGr]

Bonjour Deedee81,
Dans mon précédent message, je citais Gilgamesh, il était question de l'expérience de la gomme quantique.
J'en conclu que les photons de la cible ne présentent aucune figure d'interférence mais que:
Avec un choix a porteriori du résultat donné par les photons qui arrivent sur les détecteurs A et B d'une part ou C et D d'autre part, il est possible de reconstruire (ou non) les figures d'interférences "potentiellement" présentes sur la cible.
Autrement dit, la cible présente déjà des interférences cachées par les interférences en opposition de phase et qui peuvent être mises en évidence par les détections en C ou en D.

[Deedee81]

Dans le cas de la gomme quantique, oui, c'est ça (un cas particulièrement tordu, faut bien le dire )

[DidierGr]

Oui, très tordu en effet mais très éclairant sur l'interprétation que l'expérimentateur veux choisir.
1) il ne voit rien sur la cible a priori
2) soit il fait le choix de voir la trajectoire des photons avec les détecteurs A/B et il reconstruit sur la cible les impacts correspondants aux trajets.
3) soit il fait le choix de voir les interférences avec les détecteurs C/D et il reconstruit sur la cible les impacts correspondants aux franges.
Rien n'est gommé, tout est présent sur la cible mais c'est le choix de l'expérimentateur qui "décide" de voir l'onde ou les corpuscules.
Toutes les informations sont déjà sur la cible, il ne s'agit que d'une question de tri de l'information.

Et le problème à nouveau mis en évidence, c'est qu'il faut choisir !!! entre "voir" l'onde ou le trajet des corpuscules mais jamais les deux à la fois.

[Deedee81]

Oui, très tordu en effet mais très éclairant sur l'interprétation que l'expérimentateur veux choisir.

On ne peut pas mieux dire. Il existe une bonne dizaine d'interprétations (non réfutables) de la mécanique quantique plus leur variantes (attention, certaines s'appellent "interprétation" mais sont réfutables, donc devrait être qualifiées de théorie ! Par exemple les interprétations avec réduction physique).

Tout ça est plutôt bien présenté dans l'Encyclopédie de Stanford (en anglais) :
https://plato.stanford.edu/entries/qm/
(les liens en bas, pas complet mais en cliquant et regardant, d'autres liens sont donnés dans ces pages)

Perso j'ai pas mal potassé le sujet et notamment l'interprétation des états relatifs d'Everett (sa thèse de doctorat... sans les mondes multiples !) que j'analyse par l'approche de la mécanique quantique relationnelle. Je trouve ça très satisfaisant (mais pas très pratique, quand je pratique j'utilise la bonne vieille interprétation instrumentale = Copenhague sans sa couche philosophique).

Je trouve qu'il est utile de potasser tout ça car : on ne peut se passer d'une interprétation au moins minimale (pour la majorité des physiciens c'est l'instrumentale). Et en cherchant le tronc commun à tout ça on a une meilleure idée de la "physique derrière la MQ". Ca reste un sujet difficile, surtout que cela nécessite de maîtriser la MQ, de potasser la décohérence quantique,.... bref, avec une théorie si éloignée du quotidien, c'est forcément ardu.

[DidierGr]

L'axiomatique mathématique de la MQ est robuste et éprouvée, la démarche calculatoire est en effet la meilleure (et la seule) pour obtenir des résultats fiables et (si possible) vérifiables.
Cependant, il s'agit ici de se prémunir des interprétations qui remettent en question la causalité (comme celle de l'expérience de la gomme quantique à choix retardé).
Quant à la non-localité, elle était déjà admise par la mécanique ondulatoire de Maxwell avant la découverte de la limite imposée par la constante de célérité (c vitesse maximum de la lumière devenue vitesse maximum absolue en RR et RG).

[Deedee81]

Tout à fait d'accord pour la causalité.

Même pour la non localité je suis assez modéré (par rapport ce que disent beaucoup de physiciens). Je distingue deux choses (qui vont toujours de pair en physique classique) :
- La non localité proprement dite, qui se traduit par l'existence de signaux/informations échangés plus rapidement que c.
- La non séparabilité : l'impossibilité de décrire un système en plusieurs parties et ne décrivant que chaque partie, séparément, et indépendamment les unes des autres

Pour moi, l'intrication, Bell, Aspect et tout ça, implique la non séparabilité de la mécanique quantique mais pas nécessairement la non localité (cela dépend de l'interprétation).

D'ailleurs :
- Le fait est que la formulation à l'aide d'équations aux dérivées partielles (Schrödinger, Dirac, Klein-Gordon, etc.) est synonyme de localité
- Quand on passe à la théorie quantique des champs, on impose à tout opérateur de champ O(x) de commuter sur un intervalle spatial [O(x),O(y)]=0.
- Il existe un théorème de non communication en mécanique quantique https://en.wikipedia.org/wiki/No-communication_theorem

Et donc forcément j'ai tendance à rejeter tout idée de non localité (au sens ci-dessus !) que je considère comme un artefact interprétatif.

[DidierGr]

Pour moi, l'intrication, Bell, Aspect et tout ça, implique la non séparabilité de la mécanique quantique mais pas nécessairement la non localité (cela dépend de l'interprétation).

[En 2015, une équipe menée par Ronald Hanson, de l’université de Delft aux Pays-Bas, a conçu et mené à bien une expérience de Bell sans faille. Les inégalités de Bell étant violées, l'expérience a confirmé la non-localité de l'espace-temps (source wikipédia https://fr.wikipedia.org/wiki/Princi...%A9_(physique) et article https://www.pourlascience.fr/sd/phys...ille-12185.php ).
La non-séparabilité d'un système intriqué implique donc la non-localité dans le cadre de notre espace-temps. Ou est l'interprétation ? Faut-il revoir cette notion d'espace-temps ?

[Gilgamesh]

C'est vrai aussi pour les expériences avec électrons, neutrons, atomes et même molécules (la plus grosse essayée est la molécule de fullerène).

On a eu un nouveau record l'année dernière (avec la même équipe) : C₇₀₇H₂₆₀F₉₀₈N₁₆S₅₃Zn₄. 2000 atomes, 25 kilodalton environ.

https://www.wired.com/story/even-hug...bizarre-rules/

[Deedee81]

Salut,

On a eu un nouveu record l'année dernière (avec la même équipe) :

Oh, WAW !!!!! 25 kilodaltons !!!! Merci Gilgamesh, je n'étais pas au courant. Joli et je suis en train de me dire que la "frange" étroite dans lesquels on case la réduction physique objective (pour les continuateurs de Ghirardi, collapse theory, j'ai encore lu un article de gravitation quantique dans ce cadre il y a peu) doit être proche de zéro si pas zéro. La décohérence doit être vraiment rapide.

Impressionnant. A quand une molécule assez grosse pour être visible à l'oeil nu ?

[Gilgamesh]

Salut,



Oh, WAW !!!!! 25 kilodaltons !!!! Merci Gilgamesh, je n'étais pas au courant. Joli et je suis en train de me dire que la "frange" étroite dans lesquels on case la réduction physique objective (pour les continuateurs de Ghirardi, collapse theory, j'ai encore lu un article de gravitation quantique dans ce cadre il y a peu) doit être proche de zéro si pas zéro. La décohérence doit être vraiment rapide.

Impressionnant. A quand une molécule assez grosse pour être visible à l'oeil nu ?

Le soucis c'est que la longueur d'onde de De Broglie va devenir inférieur à la taille d'un atome. Pour une bactérie de 10^-17 kg lancée à 1 m/s, λ = h/(mv) ~ 6,6.10^-17 m

Va falloir se montrer inventif pour simuler la double fente et mesurer le motif d'interférences.

[Deedee81]

Le soucis c'est que la longueur d'onde de De Broglie va devenir inférieur à la taille d'un atome. Pour une bactérie de 10^-17 kg lancée à 1 m/s, λ = h/(mv) ~ 6,6.10^-17 m
Va falloir se montrer inventif pour simuler la double fente et mesurer le motif d'interférences.

Ah oui, y a ça aussi (en plus j'avais vu des exemples de ce problème). J'oubliais.

[Pio2001]

Même pour la non localité je suis assez modéré (par rapport ce que disent beaucoup de physiciens). Je distingue deux choses (qui vont toujours de pair en physique classique) :
- La non localité proprement dite, qui se traduit par l'existence de signaux/informations échangés plus rapidement que c.
- La non séparabilité : l'impossibilité de décrire un système en plusieurs parties et ne décrivant que chaque partie, séparément, et indépendamment les unes des autres

Tout-à-fait d'accord. Merci de le rappeler.

Pour moi, l'intrication, Bell, Aspect et tout ça, implique la non séparabilité de la mécanique quantique mais pas nécessairement la non localité (cela dépend de l'interprétation).

J'avais en tête que c'était plutôt les inégalités de Leggett, qui impliquent la non séparabilité. La violation de l'inégalité de Bell implique l'absence de variables cachées locales.

[En 2015, une équipe menée par Ronald Hanson, de l’université de Delft aux Pays-Bas, a conçu et mené à bien une expérience de Bell sans faille. Les inégalités de Bell étant violées, l'expérience a confirmé la non-localité de l'espace-temps
[...]La non-séparabilité d'un système intriqué implique donc la non-localité dans le cadre de notre espace-temps. Ou est l'interprétation ? Faut-il revoir cette notion d'espace-temps ?

Non, ces articles mélangent les deux notions présentées par Deedee81 ci-dessus.
L'inégalité de Bell se démontre en supposant que
-les résultats de mesure A et B sont des fonctions d'une valeur lambda (appelée variable cachée)
-ce qui est fait en A ne peut pas avoir d'effet en B et réciproquement (non-localité)

La non localité viole la théorie de la relativité.
"Ce qui est fait en A (ou B)" est représenté par le choix d'une seconde variable dont seul A (ou B) est fonction, tandis que A et B dépendent tous les deux du même lambda. On écrit A(a, lambda) et B(b, lambda).
Dans les expériences de mécanique quantique, a et b sont deux orientations du détecteur. L'inégalité étant violée, et la relativité s'appliquant parfaitement dans les conditions de l'expérience, on en déduit que A et B ne peuvent pas être des fonctions d'une valeur lambda !
On dit qu'il n'y a "pas de variables cachées". Ce qui signifie que rien ne peut causer les résultats de mesures observés. Ce qu'Einstein réfutait en disant "Dieu ne joue pas aux dés !".
Problème : comment des choses peuvent-elle se produire en l'absence de toute cause ?

On peut aussi admettre l'autre échappatoire : il existe forcément une raison, que l'on ne connaît pas, pour que A et B prennent les valeurs observées (notées -1, 0 ou 1... cela n'a pas d'importance, cela change juste le nombre à droite de l'inégalité de Bell, qui doit donc être cohérent avec la notation choisie). C'est donc l'autre hypothèse qui est fausse : A a bien un effet en B, et/ou l'inverse, et la relativité restreinte est violée. C'est l'interprétation transactionnelle de Cramer, qui a très peu de succès.
Problème : la violation de la relativité implique, entre autres, que le futur peut modifier le passé.

Enfin, il existe l'interprétation des univers multiples : A et B prennent toutes les valeurs possibles simultanément. Par suite, dans notre tête, nous nous demandons simultanément pourquoi A vaut 0 et pas 1 sans qu'en puisse en comprendre la cause, et, dans un univers parallèle, une autre copie de nous-même se demande avec la même perplexité pourquoi elle observe 1 et pas 0... Ah ! Si les deux copies savaient !
Pour l'inégalité de Bell, sa violation se produit statistiquement dans la majorité des copies d'univers. Cela s'explique par le fait que A peut toujours avoir un effet en B et réciproquement sans violer la relativité, car les univers ne sont pas obligés de se séparer plus vite que la lumière : quand A mesure l'état de B, il voit encore B sous forme de superposition de la valeur 0 et de la valeur 1, même bien après que B a terminé sa mesure.
Problème : l'hypothèse des univers parallèles paraît gratuite.

L'option 1 (pas de cause) est la plus pratique pour faire de la science expérimentale. C'est exactement de cette façon que les phénomènes se présentent à nous.
L'option 2 (relativité violée) est peu appréciée car incompatible avec les données connues.
L'option 3 (univers parallèles) a quelques adeptes, en raison de son élégance théorique : c'est exactement ce que disent les équations brutes. L'absence d'univers parallèles s'obtient en rajoutant à la théorie un postulat, dit postulat de la mesure, qui cause au moins l'un des deux problèmes précédents.

[Pio2001]

Personnellement, mon problème avec les univers parallèles est que personne à ce jour n'a proposé de mécanisme décrivant la dépendance de A et B à b et a respectivement.
Mécanisme obligatoire pour justifier que l'inégalité de Bell est violée dans toutes les copies d'univers ou presque.

[DidierGr]

ce qui est fait en A ne peut pas avoir d'effet en B et réciproquement (non-localité)

Ne serait pas au contraire le principe de localité ?
"En physique, le principe de localité, connu également sous le nom de principe de séparabilité, est un principe selon lequel des objets distants ne peuvent avoir une influence directe l'un sur l'autre ; un objet ne peut être influencé que par son environnement immédiat."
La non-localité serait l'inverse: "ce qui est fait en A a un effet immédiat en B et réciproquement quelque soit la distance entre A et B"
La non-séparabilité est une non-localité avec A et B comme partie d'un même système, donc ayant en quelque sorte un "espace-temps" qui leur est propre

Personnellement, mon problème avec les univers parallèles...

Mais que surtout, in fine, c'est une interprétation infalsifiable, comme les multivers.

[invite18230371]

Bonjour,

Merci pour les réactions.

Je reviens sur mes points initiaux:

2) Expérience possible ?

Mmmh je vois l'idée maintenant. Tu veux dire qu'en calculant le temps d'arrivée et en faisant en sorte par exemple qu'en passant par la fente A le photon ait disons un trajet plus long que par la fente B, on pourrait déterminer quel est le chemin emprunté ? Je ne sais pas si l'expérience a été tenté, je pense que oui mais je ne suis pas sûr. Ce dont je suis sûr c'est que si l'analyse du temps de vol permet de déterminer le chemin alors ça détruira la figure d'interférence.

C'est tout à fait cela.
J'image une expérience avec un espace inter-fente la large plus possible.
Et des fentes les plus fine possible.
Et une mesure effectuer aux niveaux de la frange la plus défléchie (90° de la direction initiale).

Je ne doute pas que si on mesure bien des interférences, c'est qu'on ne saurait pas dire par qu'elle fente est passé le photon.

Ce que je comprends moins bien c'est:
Admettons un état initiale (gestion de l'instant de départ du quanton) de forme gaussienne.

Au premier ordre (mécanique classique) on va mesurer (plein de fois) 2 gaussiennes qui vont se chevaucher au niveau du detecteur. (concernant l'instant d'arrivée).
Ce qui permettrais de donné plus de poids à la probabilité d'être passé d'un coté plutôt que l'autre.

Est-ce ce qui se passe ? (raison de la perte de contraste pour les franges très défléchie ?)
Ou on mesure finalement une gaussienne pure au niveau du détecteur ?

3) Question
C'est aussi pourquoi j'aimerais connaitre l'incertitude sur la mesure de la vitesse d'un photon unique.
A mon avis, cette incertitude dépends effectivement du contexte (les chemins possibles dans l'expérience).
Et je suis d'ailleurs assez satisfait par la théorie de de Broglie-Bohm. (par rapport à Everett et Copenhague).

(et même non locale, il y a des sauts instantanés, la théorie n'est d'ailleurs pas compatible avec la relativité)

Pouvez-vous précisez ?

Noter quand prenant pour acquis l'impossibilité de différencier les chemins, on pourra facilement évaluer l'incertitude intrinsèque de la vitesse du photon.
Du genre, pour le photon défléchie à 90° par fente infiniment fine => "porte_temporelle_interfen te convulée avec gaussienne_émission."

1) Question
Ici je pensais simplement à la figure suivante:
https://fr.wikipedia.org/wiki/Fentes...s_lumineux.jpg
Si on détecte sur la droite c'est qu'il est probablement passé par la droite (avec perte de contraste au fur et mesure de la certitude) ?

Merci pour vos réponses.

[Gilgamesh]

Bonjour,

Merci pour les réactions.

Je reviens sur mes points initiaux:

2) Expérience possible ?


C'est tout à fait cela.
J'image une expérience avec un espace inter-fente la large plus possible.
Et des fentes les plus fine possible.
Et une mesure effectuer aux niveaux de la frange la plus défléchie (90° de la direction initiale).

Je ne doute pas que si on mesure bien des interférences, c'est qu'on ne saurait pas dire par qu'elle fente est passé le photon.

Ce que je comprends moins bien c'est:
Admettons un état initiale (gestion de l'instant de départ du quanton) de forme gaussienne.

Au premier ordre (mécanique classique) on va mesurer (plein de fois) 2 gaussiennes qui vont se chevaucher au niveau du detecteur. (concernant l'instant d'arrivée).
Ce qui permettrais de donné plus de poids à la probabilité d'être passé d'un coté plutôt que l'autre.

Au niveau du détecteur on n'a qu'une seule détection à la fois. L'onde se propage, elle interfère en sortie des fentes mais à l'instant de la détection (c'est là le Grand Mystère), la fonction d'onde s'effondre et on n'observe qu'un impact localisé. Un coup par ci, un coup par là, est la somme de toutes les impacts dessine un motif d'interférence.

[invite18230371]

Un coup par ci, un coup par là, est la somme de toutes les impacts dessine un motif d'interférence.

Certes, mais si l'impacte est décentrée (par rapport au barycentre du motif), je peux lui associée une plus grande probabilité d'étre passé par la fente droite/gauche.
Ce qui explique aussi la perte de contraste ?