Schrödinger avait raison! D'abord photographiés des atomes qui deviennent des ondes quantiques

Une expérience sans précédent montre que les atomes se transforment en vagues, comme l'exige la théorie quantique: la photo obtenue visuellement confirme l'équation de Schrödinger

Pour la première fois, un groupe de physiciens a réussi à capturer l'image des atomes qui se comportent comme des vagues, créant l'une des expériences les plus suggestives de l'histoire de la mécanique quantique. Les images, obtenues avec une technique innovante, montrent comment la matière, au niveau microscopique, n'est pas seulement faite de particules: elle peut également exister sous forme d'ondes.

Atomes ou vagues?

Cela peut sembler absurde, mais c'est comme ça: un atome n'est pas seulement une balle, comme nous le montre souvent dans des conceptions simplifiées, mais il peut également se comporter comme une vague répandue dans l'espace. Ce comportement est la base de la dualité ondulée-particules, l'un des concepts clés de la physique quantique, proposé pour la première fois en 1924 par Louis de Broglie, puis développé par Erwin Schrödinger.

Depuis près d'un siècle, les physiciens ont su que la matière a une nature de vague, mais la voir en action a toujours été impossible. Jusqu'à maintenant. Le groupe de chercheurs a utilisé une technique qui vous permet de « geler » cette transition au fil du temps: du comportement ponctuel à la vague, et vice versa.

L'équation de Schrödinger prend vie en laboratoire

Selon la célèbre équation de Schrödinger, un atome peut être décrit comme une diffusion de probabilité dans l'espace – une sorte de « nuage » qui montre où il pourrait être. Ce n'est que lorsqu'il est observé, ce nuage s'effondre et l'atome apparaît dans un point précis.

Pour rendre ce processus visible, les chercheurs ont choisi des atomes de lithium, qui ont été refroidis à des températures très proches du zéro absolu (presque -273 ° C). À ces températures extrêmes, le matériau commence à se comporter quantiquement. Avec l'aide d'un laser très puissant, les scientifiques ont ensuite piégé les atomes dans un réseau optique, une grille de lumière qui les maintient arrêtés comme s'ils étaient coincés sur un échec invisible.

L'expérience qui a photographié l'affaire sous la forme d'une vague

À ce stade, les scientifiques se sont allumés et ont éteint le réseau, laissant les atomes s'étendre à l'espace sous forme de vagues. En utilisant une caméra de microscope à très haute sensibilité, ils ont pris deux images à deux moments différents. En comparant les images, il a été possible de reconstruire l'onde quantique et de voir comment elle se propage avec le temps.

Ce qui peut être vu est surprenant: les atomes deviennent des taches floues, pas plus de points, mais avec une forme d'onde. C'est une image concrète de quelque chose qui, jusqu'à aujourd'hui, n'était que de la théorie. Et surtout, il s'agit d'une confirmation visuelle de la mécanique quantique, et en particulier de l'équation de Schrödinger, qui décrit le comportement des particules au niveau microscopique.

Pourquoi est-ce important?

En plus de la beauté et du charme de l'expérience elle-même, cette technique pourrait avoir des applications importantes dans l'étude de systèmes quantiques plus complexes. Les chercheurs soulignent que la possibilité d'observer directement ces phénomènes ouvre de nouveaux chemins pour explorer le monde invisible des atomes et des particules.

C'est aussi un pas en avant dans la compréhension de la réalité physique, car cela nous oblige à revoir nos idées les plus simples sur ce qui est vraiment la matière. Non seulement des balles microscopiques, mais des systèmes insaisissables qui peuvent se développer dans l'espace comme des vagues de possibilités.

Source: Verstraten et al.