Relativité Restreinte et vitesse de la lumière

[jlthirot]

Bonjour,

EXPÉRIENCE À CHOIX RETARDÉ DE WHEELER
https://www.photoniques.com/articles...2022115p23.pdf
Page 26 "En mode ouvert, les détections en sortie sont quasiment (à 99 %) les mêmes que celles obtenues en bouchant un des deux chemins"
Le mode ouvert est le mode sans interférence, car le second split n'est pas actif.

Question
Dans le mode ouvert, si on envoie 1000 photons alors 500 arrivent sur le capteur A et 500 sur le capteur B sans interférences.
Dans le mode on bouche le chemin B, si on envoie 1000 photons, 0 arrivent sur le capteur B. Mais combien arrivent sur le capteur A, 1000 ou 500 ?
Dans cette expérience que signifie "en bouchant" ? Comment est-ce possible de boucher le chemin B *après* le premier split ?

Je pose cette question dans le carde de la Relativité Restreinte.
Quels sont les arguments qui permettent de dire que le photon n'est pas immobile et à la place des chemins A et B passent par ce photon ?
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[ThM55]

Ils utilisent un beam splitter (séparateur de faisceau) électro-optique. Ce n'est pas un composant mécanique, comme on pourrait l'imaginer naïvement, avec un petit ascenseur qui ferait monter et descendre le beam splitter, ce serait beaucoup trop lent. C'est un dispositif commandé électriquement; dans le mode ouvert il ne recombine pas les faisceaux, ce qui vient d'un des deux bras de l'interféromètre continue tout droit; dans le mode fermé, il fonctionne comme un miroir semi-transparent, les deux faisceaux sont recombinés, ce qui vient d'un des bras peut continuer tout droit ou être réfléchi, aléatoirement, et comme cela recombine les deux faisceaux, il y a interférence; la transition entre état fermé ou ouvert est commandée par un signal électrique et est beaucoup plus rapide que le temps de vol du photon.

Il est malheureux qu'ils parlent de "boucher un des faisceaux". C'est qu'on ferait le plus simplement si on n'avait pas de contrainte de temps comme dans une expérience de choix retardé: on boucherait simplement un des faisceaux avec un écran et on ferait ainsi disparaître les interférences. C'est le truc le moins cher, pas besoin de dispositifs électro-optiques coûteux, un simple beam splitter statique suffit. Mais on ne bouche rien du tout ici, dans les deux configurations, la moitié des photons arrivent sur chacun des détecteurs. La raison pour laquelle ils utilisent un tel dispositif c'est de manière à aller assez vite pour réaliser le choix de manière indépendante de la position du photon après son passage dans le premier séparateur de faisceaux, quand il a déjà parcouru la moitié du chemin.

Je ne comprends rien du tout à votre question. Les photons ne sont jamais immobiles, ils se déplacent.

[jlthirot]

Bonjour ThM55,
Merci pour la précision. Dans ce cas, cette expérience ne permet pas d'affirmer qu'il y a forcément 2 photons différents à 2 endroits absolus différents, celui du chemin A et celui du chemin B.
"on boucherait simplement un des faisceaux avec un écran" si l'on bouche B avec un écran, c'est comme déplacer un capteur C (avec 500 impactes) avant le second split. Dans ce mode et avec le split en place 250 photons arrivent en A et 250 en B sans interférences (?).

Est-ce que les interférences dépendent, uniquement des chemins, par exemple on pourrait ajouter 1 chemin en plus pour modifier encore l'interférence ?

Il faut imaginer un enfant de 5 ans qui demande "Pourquoi est-ce les photons qui bougeraient et non la matière (les observateurs ou l'appareillage bougent autour du photon, ici le chemin A et le chemin B) ?"
Le "vol du photon" n'aurait plus de sens puisqu'il est immobile.

L'argument pour l'immobilité est, le temps propre du photon est nulle et tous les observateurs ont une norme de vitesse c absolue par rapport au photon.

Les arguments pour une mobilité sont :
- 2 photons séparés dans l'espace peuvent se rencontrer, est-ce suffisant ?
- Les photons peuvent être ralentis, si le temps propre des photons est toujours nulle, alors l'argument du temps propre ne tient plus.
- 2 photons sont en mouvement l'un par rapport à l'autre, est-ce suffisant ?
- L'immobilité est incompatible avec le principe de causalité pour les raisons x
- une plus évidente ?

[ThM55]

Bonjour ThM55,
Merci pour la précision. Dans ce cas, cette expérience ne permet pas d'affirmer qu'il y a forcément 2 photons différents à 2 endroits absolus différents, celui du chemin A et celui du chemin B.

Mais justement, l'expérience de l'interféromètre n'affirme pas ça. Le dispositif est conçu pour émettre un seul photon à la fois et à tout instant il y en a soit un soit zéro dans le système. On le vérifie en constatant qu'il n'y a pas de détections simultanées quand le beam splitter est en mode ouvert. Comme toujours dans la réalité, rien n'est absolument parfait et totalement contrôlable, d'où les pourcentages qui sont indiqués, qui ne sont pas à tout à fait 100%, mais tout de même assez près pour que tout doute soit levé.

"on boucherait simplement un des faisceaux avec un écran" si l'on bouche B avec un écran, c'est comme déplacer un capteur C (avec 500 impactes) avant le second split. Dans ce mode et avec le split en place 250 photons arrivent en A et 250 en B sans interférences (?).

Non. C'est l'expérience classique où on bouche une des fentes de Young, c'est vraiment la même chose. Je considère donc que dans une expérience où on a émis N photons, la moitié est détectée si un des chemins a été bouché. Mais attention, dans le dispositif considéré on ne bouche pas les chemins. On doit donc détecter, en principe, tous les photons.

Est-ce que les interférences dépendent, uniquement des chemins, par exemple on pourrait ajouter 1 chemin en plus pour modifier encore l'interférence ?

Oui, l'interférence dépend uniquement du déphasage relatif des ondes les long des deux chemins. Théoriquement, si les deux chemins sont rigoureusement de même longueur, on a 180° de déphasage. En fait ce sont les beam splitters qui créent le déphasage voulu par l'expériementateur: une transmission à travers le miroir se fait sans retard, une réflexion se fait avec un retard d'un quart de longueur d'onde, soit 90°. Selon le détecteur, on obtient deux ondes qui sont soit en phase soit déphasées de 180°. Pour cela il faut aussi ajuster le déphasage dû au parcours dans les branches, c'est le point délicat. Mais c'est faisable, il suffit d'ajuster tout pour que tous les photons soient détectées dans un des deux détecteurs et pas dans l'autre. Et oui, si on modifie un des chemins, par exemple si on l'allonge ou si on dispose un dispositif qui retarde la lumière dans une des branches. C'est d'ailleurs un procédé qui est utilisé pour mesurer l'indice de réfraction d'un gaz. Voir la page Wikipedia où cela est expliqué: https://fr.wikipedia.org/wiki/Interf...e_Mach-Zehnder .

Pour les autres questions, il me semble que cela relève d'une mauvaise compréhension de la relativité restreinte. Pour tout observateur, le photon n'est jamais immobile, il a toujours la même vitesse c, vous le dites vous-même. "Etre au repos" ou "être en mouvement" est une notion relative, par rapport à un observateur. La notion de temps propre n'existe pas pour un photon. Cela n'a donc aucun sens de considérer le photon comme étant immobile.

[A voir en vidéo sur Futura]