Le principe classique de moindre action existe désormais dans le domaine quantique

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Les chercheurs ont prouvé qu'une loi fondamentale de la physique s'applique dans le domaine quantique.

Le principe de moindre action dicte que les objets (sauf interférence) se déplaceront toujours le long de la route qui nécessite le moins d'action.

Toutes les règles de la physique quotidienne ne s'appliquent pas aux particules quantiques, mais selon les mesures difficiles à réaliser d'une nouvelle étude, cette règle s'applique certainement.

La distance la plus courte entre deux points est une ligne droite, mais la distance la plus courte ne signifie pas toujours le moins de travail. Que se passe-t-il si cette distance est en montée directe ou sur un terrain difficile ? Si vous cherchez à faire le moins de travail possible, une ligne droite n'est peut-être pas toujours votre meilleur pari.

Les humains ne recherchent peut-être pas toujours le chemin le plus facile. Mais lorsqu'il s'agit de mouvements naturels dans les systèmes, l'une des lois fondamentales de la physique dit que les objets voyageront toujours le long de la route nécessitant le moins d'action. En physique, "l'action" a à voir avec des choses comme l'énergie, la quantité de mouvement, la distance et le temps.

Fondamentalement, sans intervention extérieure, les objets voyagent le long du chemin de moindre résistance et de moindre changement. C'est ce qu'on appelle le principe de moindre action. Nous savons que cela s'applique à notre monde de tous les jours, et maintenant, grâce à une nouvelle étude, nous savons que cela s'applique également au monde quantique.

"Le rêve ultime d'un physicien est d'écrire les secrets de l'univers entier sur un petit morceau de papier et le principe de moindre action doit figurer sur la liste", a déclaré Shi-Liang, l'un des chercheurs du projet, dans un article pour Nouveau scientifique. "Notre ambition était de 'voir' [le principe] dans une expérience quantique."

Plus facile à dire qu'à faire. L'équipe de recherche de l'Université normale de Chine du Sud a dû faire face au fait que non seulement tout dans le domaine quantique est petit et difficile à voir, mais que les mouvements des particules quantiques sont compliqués, vraiment compliqués. D'une part, les états quantiques changent lorsqu'ils sont mesurés. Et d'autre part, ils ne peuvent être cartographiés qu'en utilisant des mathématiques très compliquées.

Pour décrire au mieux leur comportement, les scientifiques utilisent une combinaison de deux choses : une fonction d'onde et un propagateur. Les fonctions d'onde décrivent l'état de la particule et les propagateurs décrivent comment cet état change au cours du mouvement d'une particule dans un système. Le problème est que les fonctions d'onde et les propagateurs sont purement mathématiques, et bien qu'ils soient excellents pour décrire les comportements des particules quantiques, ils le font souvent en utilisant des nombres imaginaires. Les nombres imaginaires sont bons en mathématiques, mais sont, par définition, impossibles à mesurer.

Afin de contourner ce problème, l'équipe a utilisé une technique qui avait été établie quelques années auparavant. Dans cette technique, vous faites essentiellement rebondir et filtrer des particules de lumière quantique individuelles appelées photons à travers un labyrinthe de miroirs, de cristaux et de lentilles. Finalement, les parties du comportement du photon décrites par les nombres imaginaires correspondront à des propriétés mesurables réelles. Les parties décrites à l'origine par des nombres réels normaux seront également mesurables, et les chercheurs pourront reconstruire les formes d'onde et les propagateurs à partir de données mesurées réelles.

Une fois le labyrinthe construit, les chercheurs ont combiné cette technique avec une nouvelle qu'ils ont développée pour éviter le problème du "changement d'état quantique lorsqu'il est observé". Ensuite, ils ont envoyé des photons individuels à travers le labyrinthe et ont comparé leur comportement au comportement prédit par le principe de moindre action et ont constaté que la réalité était en accord avec la théorie, prouvant que les particules quantiques suivent en fait le principe.

"Les mesures de cette expérience sont assez incroyables et ne remettent pas en cause notre compréhension actuelle de la physique quantique", a déclaré Jonathan Leach, un chercheur en sciences quantiques non impliqué dans l'étude, dans un article du New Scientist. "C'est beau de voir cette théorie concrétisée dans une expérience."

Il y a beaucoup d'endroits où le monde quantique et le monde de tous les jours ne s'emboîtent pas. C'est en partie pourquoi les chercheurs cherchent toujours à améliorer le modèle standard actuel de la physique. Mais dans leur désir d'éviter au maximum l'action, le quantique et le quotidien sont parfaitement synchronisés.

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