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Geler la lumière en l’observant : l’effet Zénon quantique.
Pour le philosophe grec Zénon d’Elée la notion de mouvement était paradoxale : si, à chaque instant pendant le temps de vol d’une flèche, celle-ci ne change pas de position, comment la flèche peut-elle se déplacer ? Près de 2500 ans plus tard, les physiciens s’inspirent de ce paradoxe pour nommer "effet Zénon quantique" le fait que des mesures répétées à un rythme soutenu sur un système quantique gèlent son évolution. Cet effet est une conséquence directe du postulat de la mesure en physique quantique qui stipule que chaque mesure projette répétitivement le système observé sur son état initial sans lui laisser une chance d’évoluer. Observer cet effet, c’est mettre directement en évidence une des conséquences étonnantes des postulats de la mesure qui n’ont cessé de défier l’intuition des physiciens depuis près d’un siècle.
L’effet Zénon quantique avait été observé sur des systèmes à deux niveaux. Nous venons de le démontrer pour l’évolution d’un petit champ électromagnétique en mesurant, de façon répétée et non-destructive, le nombre de photons dans une cavité résonante. L’expérience, décrite dans Physical Review Letters, utilise une source microonde pour injecter un petit champ classique dans une cavité supraconductrice de très grande qualité initialement vide de photons. En l’absence de mesures, un petit champ classique croît doucement dans la cavité, suivant les règles de la physique classique. En revanche, si on mesure ce champ en train de croître, il en va tout autrement. La mesure est réalisée avec des atomes de Rydberg, sondes si sensibles qu’ils peuvent détecter un photon microonde sans l’absorber. La détection de chaque atome projette avec une grande probabilité l’état du champ sur l’état vide et gèle son évolution.
Ces résultats ont été publiés dans Phys. Rev. Lett, avec un ’News and views’ dans Nature par A. Ourjoumtsev.
