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Il y a 100 ans tout juste, le physicien Erwin Schrödinger écrit un article fondateur de cette nouvelle « mécanique quantique » dans lequel il utilise une idée révolutionnaire, déjà introduite par le physicien français Louis de Broglie en 1923 : la matière possède des propriétés à la fois corpusculaires et ondulatoires.

Avant, les scientifiques présupposaient qu’une particule, à l’image d’une balle, avait une trajectoire régie par les lois de la physique classique, explique Paul-Antoine Hervieux, enseignant-chercheur à l’Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg (IPCMS - CNRS/Unistra), co-fondateur du QTTS. 

Pour expliquer des observations expérimentales, Louis de Broglie avance que cette particule peut également être vue comme une onde qui se propage.  Ainsi, chaque objet, à l’échelle de l’infiniment petit, peut se comporter comme une particule et/ou une onde. Cette caractéristique, véritable marqueur du monde quantique, a été formalisée par Niels Bohr à travers le concept de dualité onde-corpuscule. 

Un caractère dual jamais remis en cause

L’équation, utilisée tous les jours en laboratoire, est incontournable pour décrire l’évolution d’un système quantique à l’échelle microscopique, précise Paul-Antoine Hervieux. Ce caractère dual des objets quantiques n’a jamais été remis en cause par la suite. La position de Bohr a été largement confirmée expérimentalement, parfois par des chercheurs qui visaient même à la contester, ajoute Cyriaque Genet, chercheur à l’Institut de science et d'ingénierie supramoléculaires (Isis – CNRS/Unistra), également co-fondateur du think tank.

Reste cependant des zones d’ombres : les deux objets peuvent-ils être dans les deux états, à savoir à la fois onde et particule ou ces deux états dépendent-ils de la façon dont on les observe ? Ce sera tout l’objet du symposium de discuter les positions de Bohr et de les confronter par exemple à celles d’Einstein. Pour ce dernier, le système doit être autonome de la façon dont on le regarde, alors que pour Bohr cela dépendrait justement de la façon dont on sonde l’objet.

Des problèmes très fondamentaux

Pour approfondir le sujet, le think tank a convié Markus Arndt, professeur de nano physique quantique à l’Université de Vienne, qui réalise des expériences sur la dualité onde-corpuscule. Il a notamment mesuré le caractère ondulatoire d’objets de plus en plus grands, et a montré que la mécanique quantique ne se résume pas à des objets microscopiques. De grosses molécules ou des agrégats atomiques constitués de plusieurs milliers d’atomes pouvant présenter cette caractéristique purement quantique, souligne Paul-Antoine Hervieux qui précise que plus un objet est complexe, plus les interactions avec son environnement vont détruire ses propriétés quantiques. 

Présent aussi, Olivier Darrigol, professeur émérite à l’Université Paris Cité et spécialiste de l’histoire de la mécanique quantique, reviendra sur l’aspect historique du sujet. Ce sont des problèmes très fondamentaux que l’on n’aborde que rarement en raison de leur extrême complexité et qui vont permettre de prendre du recul sur ce qui est au cœur même de la physique quantique, conclut Cyriaque Genet.

• « La dualité onde-corpuscule : son histoire et son présent », jeudi 8 octobre à 16h à l’Isis. Entrée libre. Conférences données en anglais suivies d'une table ronde.