Le chat qui pose problème (et pourquoi on n'arrive toujours pas à l'expliquer)

Tu connais cette tête que fait quelqu'un quand tu lui parles de physique quantique pour la première fois ? Les yeux écarquillés, le sourcil froncé, et tu vois presque tournoyer dans sa tête la question : « Il lit trop de science-fiction, celui-là. »

Oui, moi aussi ça m'arrive tout le temps.

Mais voila le problème : la mécanique quantique est vraiment, vraiment bizarre. Et le fait qu'on vive dans un monde où tous ces effets étranges semblent simplement... disparaître... c'est justement l'un des plus grands mystères de la physique.

Le chat qui a tout déclenché

Parlons de l'infortuné chat de Schrödinger. Tu connais l'idée — le physicien autrichien a imaginé une expérience de pensée où un chat dans une boîte scellée est à la fois vivant et mort, jusqu'à ce qu'on ouvre pour vérifier.

C'est une simplification (Schrödinger l'avait proposé pour critiquer certaines interprétations de la mécanique quantique), mais ça capture quelque chose de vrai sur le comportement des systèmes quantiques. Les particules peuvent exister dans des combinaisons d'états qu'on appelle des « superpositions » — un peu comme une pièce qui est pile ET face tant qu'elle tourne en l'air, sauf que c'est encore plus bizarre.

Mais la vraie question : si les atomes et les particules peuvent être dans ces états de superposition, pourquoi pas les chats ? Pourquoi pas nous ? Pourquoi est-ce que toute cette étrangeté quantique disparaît quand on passe à notre échelle ?

Quand le quantique s'évapore

Les physiciens ont un terme pour cette évaporation : décohérence. C'est le processus par lequel les effets quantiques s'estompent progressivement quand les systèmes interagissent avec leur environnement. Mais voila le problème : personne ne comprend vraiment pourquoi et comment ça se passe.

Une idée qui traîne depuis des décennies implique la gravité. L'idée : peut-être que la relativité générale d'Einstein — sa théorie de la gravité — crée de toutes petites fluctuations dans le tissu de l'espace-temps. Ces minuscules ondulations pourraient progressivement secouer les superpositions jusqu'à ce qu'elles s'effritent.

C'est plutôt intuitif, avouons-le. La gravité est partout, elle affecte tout. Donc peut-être que c'est elle qui fait disparaître l'étrangeté quantique à notre échelle.

L'expérience

Eh bien, une équipe vient de tester cette idée. Et où ça ? Sous terre. Très profondément sous terre.

Le laboratoire national Gran Sasso en Italie se trouve sous environ 1,4 kilomètre de roche. C'est à peu près la profondeur qu'il faut pour échapper à la maggior parte du rayonnement qui nous bombarde depuis l'espace. C'est l'un des endroits les plus calmes sur Terre pour faire des expériences de physique sensibles.

Les chercheurs ont utilisé un détecteur construit autour d'un cristal de germanium — de la taille d'une tasse de café. Ils l'ont enveloppé de couches de cuivre et de plomb, créant en quelque sorte un petit sanctuaire pour la physique.

L'idée était maligne : si l'espace-temps possède vraiment ces minuscules fluctuations prédites par certains modèles, elles devraient faire gigoter les particules chargées électriquement, qui émettraient un faible rayonnement électromagnétique. Ce rayonnement devrait être détectable — quoique très, très faible.

Ils ont donc observé. Et attendu. Ils ont collecté des données pendant 62 jours d'affilée, en comptabilisant soigneusement chaque trace de rayonnement parasite attendue.

Qu'est-ce qu'ils ont trouvé ?

Rien.

Le rien qui compte

Je sais ce que tu penses : « Ils n'ont rien trouvé ? Quelle déception. »

Mais attends — c'est en fait une avancée majeure. En physique fondamentale, éliminer les mauvaises pistes est tout aussi important que de découvrir de nouvelles. C'est un peu comme débuguer du code, sauf que le code, c'est l'univers, et on essaie de comprendre quelles instructions mathématiques il suit.

En ne trouvant aucun signal, l'équipe a effectivement exclu l'un des modèles les plus anciens et les plus naturels de décohérence induite par la gravité. Le modèle de Károlyházy — proposé dans les années 1960 — vient de se faire considérablement limiter par des données expérimentales.

« Chaque approche de gravité quantique prédit l'existence d'une longueur minimale liée à l'incertitude dans la mesure de l'espace-temps », explique Kristian Piscicchia, l'un des chercheurs. Cette expérience aide à déterminer laquelle de ces approches pourrait décrire la réalité.

Qu'est-ce que ça signifie ?

Voila mon avis : la physique est la plus passionnante quand elle élimine des possibilités. On ne tâtonne pas dans le noir — on taille méthodiquement les mauvais chemins. Et ça nous rapproche de la bonne réponse, même quand on ne l'a pas encore trouvée.

Le mystère de la disparition des effets quantiques dans notre monde macroscopique reste entier. Mais maintenant, on sait qu'une explication particulière basée sur la gravité n'est pas la bonne. La recherche continue, mais c'est une recherche plus ciblée.

Comme le dit Catalina Curceanu, l'une des chercheuses principales : « Cette absence de signal est elle-même un résultat scientifique majeur. »

Je ne pourrais pas être plus d'accord. La science n'est pas toujours une question de découverte — parfois, c'est une question de dire avec assurance « non, pas celui-là. » Et c'est exactement ce qui s'est passé ici.

Alors la prochaine fois que quelqu'un te parlera du chat de Schrödinger, tu pourras lui dire : on est en train de comprendre, doucement mais sûrement, pourquoi ce chat est toujours soit vivant, soit mort, jamais les deux. Et on y arrive en éliminant les explications qui ne marchent pas, une expérience à la fois.

Plutôt cool, non ?