Les « franges supplémentaires » constituent un phénomène d'interférences qui se présente sous des conditions très particulières, notamment au point de vue énergétique. Leur explication présente de grosses difficulté, et il semble bien qu'on ait là — et ce serait pour la première fois - un phénomène impossible à expliquer en n'utilisant exclusivement que des conceptions soit classiques, soit quantiques. Une théorie plus générale est nécessaire, qui ne saurait être, semble-t-il, la mécanique ondulatoire dans son état actuel. Diverses hypothèses qui se présentent à l'esprit sont passées en revue et une nouvelle conception de la propagation des photons est envisagée; mais il ne parait pas y avoir aujourd'hui de solution simple et tout à fait satisfaisante.
Les « franges supplémentaires » constituent un phénomène d'interférences qui se présente sous des conditions très particulières, notamment au point de vue énergétique. Leur explication présente de grosses difficulté, et il semble bien qu'on ait là — et ce serait pour la première fois - un phénomène impossible à expliquer en n'utilisant exclusivement que des conceptions soit classiques, soit quantiques. Une théorie plus générale est nécessaire, qui ne saurait être, semble-t-il, la mécanique ondulatoire dans son état actuel. Diverses hypothèses qui se présentent à l'esprit sont passées en revue et une nouvelle conception de la propagation des photons est envisagée; mais il ne parait pas y avoir aujourd'hui de solution simple et tout à fait satisfaisante.
L'auteur observe que, pour obtenir les conditions de quanta les plus générales, on n'utilise que les coordonnées d'espace et qu'on néglige systématiquement et sans aucune raison, la coordonnée temps. Il montre que si l'on fait jouer le même rôle à toutes les coordonnées on obtient : a) Pour un atome dans un état stationnaire, les conditions de quanta classiques, définissant les niveaux d'énergie. b) Pour un atome de Bohr qui émet et absorbe, en régime permanent, ces mêmes conditions, plus une autre qui exprime que la lumière, émise et absorbée, est cohérente, c'est-à-dire qu'elle est apte à provoquer des interférences. La lumière émise peut donc être considérée comme constituée par des photons, sans qu'elle cesse pour cela d'être cohérente; ceci élimine la principale objection contre la théorie des quanta de lumière d'Einstein. Le mécanisme même d'un atome émetteur implique la cohérence; la condition de cohérence est une condition de quanta. Par conséquent, on doit attribuer à la capacité d'interférence d'un train de photons le même degré de réalité qu'à l'existence des états stationnaires de l'atome. Les règles de quanta et la théorie des photons d'Einstein semblent pouvoir gouverner désormais un domaine où il ne leur avait pas été possible de pénétrer jusqu'à présent.
Au cours du 19e siècle avec Young et Fresnel, puis par la suite avec Maxwell et sa théorie électromagnétique, une théorie moderne, ondulatoire permet de bien expliquer les phénomènes d'optique. Seuls le phénomène photoélectrique et la radiation du corps noir avec la catastrophe ultraviolette posaient encore quelques problèmes. En 1900, afin d'éliminer la catastrophe ultraviolette, Planck introduit l'idée que les radiations thermiques ne puissent être émises ou absorbées que sous forme de quanta discrets [1]. En 1905, parmi les quatre papiers révolutionnaires publiés par Einstein, l'un d'entre eux [2] pose véritablement les bases de la révolution de la mécanique quantique, la théorie qui décrit ce qu'il se passe au niveau des particules. Reprenant l'idée de Planck, Einstein explique que les corpuscules ou quanta de lumière ne découlent pas seulement d'astuces théoriques, mais que ces quanta représentent la lumière même. Il donne une explication complète de l'effet photoélectrique, ce qui lui vaudra le prix Nobel en 1921. En 1924, les quanta de lumière sont détectées directement pour la première fois par effet Compton (prix Nobel en 1927). En 1926, un chimiste, du nom de Lewis, introduit le nom « photon » pour qualifier les quanta de lumière...
Avant-proposLa mécanique quantique est une théorie étonnante dans tous les sens du terme.C'est un lieu commun que de faire remarquer qu'elle est peu intuitive, souvent contraire à toute représentation des phénomènes physiques issue de notre expérience journalière.Mais elle est également étonnante par le contraste qu'elle présente entre ses triomphes et ses difficultés.D'une part, de toutes les théories scientifiques, la mécanique quantique est probablement l'une des plus couronnées de succès.Inventée initialement dans le cadre de la physique atomique, elle a rapidement débordé dans de très nombreux domaines, permettant de concevoir et de réaliser maintes expériences en optique, en physique du solide, des liquides, en astrophysique, etc. Plus qu'une simple théorie, elle est ainsi devenue une méthode générale, un cadre qui a permis de développer la théorie des fluides et des solides, celle des champs, celle des particules élémentaires et l'unification des interactions en physique.Elle a ainsi très largement dépassé les objectifs initiaux de ses inventeurs sans qu'il soit nécessaire, ce qui est vraiment remarquable, de modifier les principes généraux de la théorie qu'ils avaient élaborée.Ses applications sont multiples, peuplant notre environnement au XXI e siècle de multiples dispositifs qui auraient été inimaginables il y a 50 ans.D'autre part, cependant, cette théorie reste relativement fragile du fait des difficultés conceptuelles et d'interprétation qu'elle présente, sans d'ailleurs que cela affecte son efficacité.Ce n'est pas que les physiciens aient voulu ignorer ou occulter ces difficultés, bien au contraire !En témoigne le nombre important d'interprétations de la théorie qui ont été proposées au cours des décennies, mettant en jeu des méthodes d'approche et des techniques mathématiques souvent très diverses.C'est une situation rare dans l'histoire des sciences : un consensus général se dégage concernant une approche des phénomènes et des méthodes de calcul, dont la puissance prédictive est extraordinaire ; et cependant, presque un siècle après l'introduction de ces méthodes, le même consensus est loin d'être obtenu en ce qui concerne l'interprétation de la théorie, sa base en quelque sorte.On retrouve l'image du colosse d'airain aux pieds d'argile.L'essentiel des difficultés fondamentales de la mécanique quantique tient au vecteur d'état |Ψ qu'elle utilise pour décrire les systèmes physiques.Alors
L'un des principaux accomplissements scientifiques du siècle dernier est sans doute le développement de la Physique Quantique. Parallèlement, notre société est entrée dans l'ère de l'information. Aujourd'hui, théorie de l'information et théorie quantique se recoupent sous un champ d'activité émergent : le traitement de l'information quantique. Ce domaine propose de tirer parti des corrélations subtiles entre états quantiques pour effectuer des opérations de communication ou de logique. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans ce contexte. Ils visent la génération d'états quantiques de la lumière, pour tester les prévisions contre-intuitives de la mécanique quantique, mais aussi pour l'ingénierie de dispositifs de traitement de l'information quantique. Ces états quantiques sont des photons uniques indiscernables, rayonnés par des boîtes quantiques uniques. S'il est bien connu aujourd'hui que ces nano-émetteurs émettent des photons uniques, des processus rapides de décohérence propres à la physique du solide détériore l'indiscernabilité entre photons successivement émis. Pour restaurer l'indiscernabilité entre photons, le processus d'émission est accéléré en couplant la boîte au mode d'une microcavité optique (un micropilier), de sorte que les photons sont émis avant qu'ils ne soient marqués par les processus déphasants. Ainsi, nous avons pu produire des photons uniques avec un degré d'indiscernabilité supérieur à 75%. Ces photons sont alors sujets à des phénomènes d'interférence peu communs : lorsque deux photons sont incidents sur les deux ports d'entrée d'une lame séparatrice, les deux photons ressortent de la lame toujours sur le même port de sortie
The strange story of the quantum (L'étrange histoire du quantum), par Banesh Hoffmann (Harmondsworth, Penguin Books Ltd., 1965; 4s.6d) raconte, de façon vivante et facile à lire, l'histoire du développement de la théorie quantique, depuis les toutes premières données fournies par les expériences photoélectriques de Hertz, en 1887, jusqu'à son adoption finale comme théorie fondamentale de la physique, quelque cinquante ans plus tard.A la différence de la plupart des livres de «vulgarisation scientifique», celui-ci ne prétend pas expliquer l'un des sujets habituels, tels que la fission nucléaire et ses utilisations, mais fait au contraire l'historique des idées.Au cours du développement, les explications se succèdent de façon à faire comprendre au lecteur les idées de base de la théorie à peu près dans l'ordre dans lequel elles se sont présentées aux physiciens qui l'ont élaborée.Ce livre est aussi original par sa manière de mettre en avant les personnages et d'insister sur le côté personnel des diverses théories en cause, ce qui rend l'ouvrage très vivant.Comme dans un bon roman policier, le lecteur suit les péripéties de page en page, impatient d'en connaître le dénouement.Du fait que l'auteur est un mathématicien, ancien collaborateur d'Einstein et d'Infeld, son récit a l'accent de la vérité.Sa présentation pourrait étonner certains lecteurs versés dans la question, mais elle plaira à tous ceux à qui les sujets tels que la mécanique quantique paraîtraient inabordables sous une autre forme.L'un des avantages d'un livre traité de façon historique est de ne pas se démoder aussi facilement que ceux qui s'efforcent d'expliquer les derniers progrès technologiques.Le présent ouvrage a été écrit en 1947 et revu en 1959, et cependant il ne semble pas dater.Certes, il s'achève sur le «tumulte» de la non-conservation de la parité et constate que le spin isotopique «semble destiné à jouer un rôle important à l'avenir»; certes, on n'y parle pas des neutrinos muons, de résonances, de SU 3 ou de désintégrations K°2 inexplicables, mais il ne s'agit là que de nouvelles découvertes dans le domaine où la mécanique quantique est valable; elles n'ont pas changé sa nature fondamentale, du moins pas encore.La conception et le style de cet ouvrage sont bien illustrés par les extraits suivants tirés de la préface: