tremblement de particules

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Un phénomène mariant mécanique quantique et théorie de la relativité, prédit dans les années 30, a été simulé pour la première fois par des physiciens. Il s'agit d'un tremblement affectant des particules dans certaines conditions.

Une simulation sans précédent a été réalisée par des physiciens européens dans le domaine de la mécanique quantique. L’équipe de Christian Roos (Autriche), associée à un collègue du pays basque (Espagne), a ainsi pu vérifier une prédiction datant de 1930 selon laquelle un électron libre se déplaçant dans le vide à une vitesse proche de celle de la lumière ne suit pas une trajectoire linéaire mais "tremble" alors qu’aucune force extérieure ne s’exerce sur elle.

Ce tremblement est désigné par le terme allemand zitterbewegung. Le phénomène a été prédit par le physicien Erwin Schrödinger –plus connu pour son chat- d’après l’équation de Paul Dirac.

Cette célèbre équation, formulée en 1928, marie deux domaines très différents : la mécanique quantique et ses incroyables propriétés, comme la superposition de deux états, et la relativité restreinte d’Einstein, qui décrit le comportement d’objets se déplaçant à des vitesses proches de celle de la lumière. Dirac déduit de son équation l’existence de l’antiparticule (le positron) et du spin de l’électron.

Mais revenons au zitterbewegung : le phénomène n’avait jamais été observé. Les calculateurs ne sont pas assez puissants pour simuler toutes les possibilités. Reste une solution aux physiciens: la simulation expérimentale. Un gros travail était nécessaire en amont pout mettre au point les conditions d’une telle expérience.

Les chercheurs ont dû créer un "avatar" de cette particule libre relativiste (= se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière). Autrement dit créer un système quantique expérimental entièrement sous contrôle, où un ion calcium piégé se comporte comme un électron libre relativiste. Etudier l’ion piégé revient alors à observer le comportement de cette particule.

Les expériences menées par Roost et ses collègues confirment l’existence du tremblement sous certaines conditions. Il est dû à la combinaison de deux effets: la superposition de deux états et l’existence d’une antiparticule. Lorsque la particule est la superposition des deux états –particule et antiparticule- sa trajectoire oscille, expliquent les chercheurs.

Ces résultats marquent un progrès important dans la simulation d’expériences quantiques, souligne le physicien allemand Christof Wunderlich dans la revue Nature, qui publie l’étude cette semaine.

source http://tempsreel.nouvelobs.com/actualites/sciences/fondamental/20100107.OBS3006/particules_et_tremblements.html