Voyages incroyables des neutrons : progrès fascinants de la physique quantique à TU Wien

ParisDes tests récents avec des neutrons à TU Wien ont révélé des résultats inattendus. Les découvertes montrent que les neutrons ne se comportent pas selon les règles classiques habituelles, mais qu'ils suivent les principes de la physique quantique. Cela a été démontré par une expérience testant l'inégalité de Leggett-Garg, une théorie introduite en 1985.

Points clés sur la physique quantique :

• La théorie quantique permet aux objets d'exister dans plusieurs états simultanément.
• La position et l'état d'une particule peuvent être plus indéterminés que ce que nous imaginons.
• L'inégalité de Leggett-Garg vérifie si les explications classiques peuvent décrire le comportement quantique.
• La violation de cette inégalité montre que les théories classiques ne s'appliquent pas à tous les comportements des particules.

La théorie quantique affirme que les particules peuvent exister dans plusieurs états simultanément. Cela contraste avec la physique classique, qui soutient que les objets possèdent des propriétés définies telles qu'une position et une vitesse fixes, qu'on les observe ou non.

Des chercheurs de l'Université Technique de Vienne ont étudié le comportement des neutrons à l'aide d'un interféromètre à neutrons. Cet appareil sépare un faisceau de neutrons en deux parties, puis les rejoint. Selon la théorie quantique, chaque neutron emprunte les deux chemins simultanément. Ces chemins peuvent être éloignés de plusieurs centimètres, rendant les actions du neutron fascinantes même à une plus grande échelle.

L'inégalité de Leggett-Garg évalue si des objets à grande échelle se comportent selon la physique classique. La physique classique prédit que certaines limites de corrélation entre les mesures dans le temps ne doivent pas être dépassées. Si les mesures prises à trois moments différents montrent des corrélations plus fortes que ces limites, cela suggère que la physique classique n'est pas applicable. L’inégalité de Leggett-Garg permet de calculer ces corrélations, et bien que les théories classiques devraient respecter cette règle, les théories quantiques pourraient ne pas le faire.

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Lors de l'expérience, des scientifiques ont utilisé des dispositifs en cristal de silicium pour diviser un faisceau de neutrons en deux parties. Ils ont mesuré les neutrons à trois moments différents et ont constaté que les résultats ne correspondaient pas aux prévisions de la physique classique. Les neutrons ont montré un comportement que les théories classiques ne pouvaient pas expliquer.

Cette expérience démontre que la physique quantique offre une meilleure explication de la réalité comparée à la physique classique. Les objets composés de particules quantiques devraient exhiber des comportements quantiques. Même les objets de grande taille manifestent des effets quantiques. Par exemple, des neutrons ont été observés voyageant sur deux chemins simultanément. La physique classique stipule qu'ils devraient suivre une seule trajectoire, mais la théorie quantique montre qu'ils se divisent entre plusieurs chemins.

Les chercheurs ont utilisé des mesures avancées pour parvenir à ces résultats. Ils ont remis en question l'idée que l'état réel d'une particule est toujours caché ou inconnu. Les faisceaux de neutrons, bien que plus grands dans le monde quantique, suivaient toujours les lois quantiques. Ces découvertes ne peuvent pas être expliquées par la physique classique.

Les expériences menées à l'Université de Vienne ont démontré que la compréhension de la réalité nécessite la physique quantique. Les théories classiques sont incapables d'expliquer les résultats obtenus. Ces découvertes confirment que la physique quantique est essentielle pour décrire avec précision le comportement des particules.