Des physiciens de l’université d’Oxford et du CERN ont démontré que l’intrication quantique persiste entre des bosons Z lourds et éphémères issus de collisions à treize téraélectronvolts, tandis qu’une vaste expérience participative mondiale a confirmé la réalité de l’action à distance en éliminant d’éventuelles variables cachées.
L’une des manifestations les plus contre-intuitives de la physique quantique vient de franchir un nouveau cap. D’une part, l’intrication quantique — ce phénomène où deux particules partagent des propriétés au point que la mesure de l’une renseigne instantanément sur l’autre — a été observée pour la première fois entre des objets aussi massifs que des bosons Z. D’autre part, un gigantesque effort mondial a permis de soumettre le concept de local realism
à son examen le plus rigoureux à ce jour, écartant l’hypothèse de variables cachées selon les données publiées par Live Science.
Le Grand collisionneur de hadrons met à l’épreuve l’intrication quantique à haute énergie
L’intrication quantique est traditionnellement étudiée sur des systèmes délicats comme les photons, les électrons ou des ions piégés. Les technologies émergentes l’utilisent déjà pour propulser les ordinateurs quantiques, où plusieurs qubits se manipulent simultanément. Mais un doute persistait sur la survie de cette connexion sous les contraintes extrêmes des collisions à haute énergie menées au CERN.
Pour répondre à cette question, une équipe internationale a exploité l’expérience ATLAS auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC), situé près de Genève en Suisse. Les chercheurs ont analysé des paires de bosons Z, des particules massives qui ne vivent qu’une infime fraction de seconde avant de se désintégrer.
Bien que ces bosons Z disparaissent presque instantanément, le détecteur ATLAS mesure avec précision les électrons et les muons issus de leur désintégration. En étudiant les angles de ces trajectoires, l’équipe a pu reconstituer les spins initiaux des bosons Z et confirmer la présence de corrélations caractéristiques de l’intrication quantique à des niveaux d’énergie inédits.
Selon le professeur Alan Barr, du département de physique d’Oxford, via Sciencedaily, nous avons l’habitude de concevoir l’intrication comme un phénomène délicat, observé lors d’expériences en laboratoire avec des photons uniques, mais le fait de constater qu’elle est bien vivante et vigoureuse parmi des particules aussi lourdes et éphémères que les bosons Z, créées lors de certaines des collisions les plus violentes que nous puissions produire sur Terre, montre à quel point cet effet quantique est fondamental et robuste.
Le test mondial des joueurs pour contrer le scepticisme d’Einstein
Albert Einstein qualifiait l’intrication de spooky action-at-a-distance
— une action fantomatique à distance —, rejetant le réalisme local et soutenant que les propriétés des objets existent indépendamment de toute observation. Depuis les années 1970, les tests de Bell cherchent à trancher la question, mais ils se heurtent traditionnellement à la faille du libre arbitre : des variables cachées ou des générateurs aléatoires informatiques peuvent influencer les mesures.
Pour clore définitivement cette faille, le projet baptisé Big Bell Test a mobilisé plus de 100 000 joueurs à travers 190 pays le 30 novembre 2016. En participant à un jeu vidéo en ligne nommé Big Bell Quest, les volontaires ont généré plus de 97 millions de données aléatoires par de simples pressions sur des boutons. Ces choix humains imprévisibles ont été acheminés vers des laboratoires répartis sur cinq continents afin de piloter les réglages de mesure de photons intriqués.
Les résultats ont confirmé que le réalisme local au sens d’Einstein ne peut correspondre à la réalité de la physique sous-jacente. Selon Morgan Mitchell, professeur d’optique quantique à l’Institut des sciences photoniques de Barcelone, au moins l’une de ces choses doit être fausse, ouvrant la voie à des scénarios où l’observation modifie le monde ou où les particules communiquent d’une manière imperceptible.
De la sémantique historique aux perspectives de la physique moderne
L’histoire de ces concepts s’accompagne également de précisions sémantiques. Dans sa correspondance, Einstein utilisait l’expression allemande spukhafte Fernwirkung — un effet à distance d’allure fantomatique — plutôt qu’une action active, critiquant les dépendances probabilistes de l’interprétation de Copenhague aux côtés de Boris Podolsky et Nathan Rosen dès 1935.
Aujourd’hui, l’union entre l’informatique quantique et la physique des hautes énergies redéfinit les méthodes d’analyse. À Oxford, l’équipe codirigée par Alan Barr applique des algorithmes d’information quantique aux massifs ensembles de données du LHC pour traquer des signaux subtils susceptibles de dépasser le modèle standard, confirmant que les règles quantiques régissent l’univers à toutes les échelles.