La mécanique quantique continue de susciter des débats entre spécialistes. Une publication parue dans la revue Nature présente une expérience que ses auteurs interprètent comme une preuve que la théorie de Louis de Broglie a tort. D'autres chercheurs, calculs à l'appui, réfutent cette conclusion.
Lors du cinquième congrès Solvay, à Bruxelles, deux visions du monde s'affrontent. D'un côté, l'école de Copenhague, menée par le Danois Niels Bohr, et les Allemands Werner Heisenberg et Max Born, considère que le monde est intrinsèquement aléatoire. De l'autre, Albert Einstein défend le déterminisme classique de Newton et de Laplace, selon lequel chaque objet suit une trajectoire précise. Sa formule « Dieu ne joue pas aux dés » est restée célèbre.
Une troisième voie est pourtant proposée lors de ce même congrès par le physicien français Louis de Broglie. Longtemps dénigrée, et même reniée par son auteur, cette explication résiste aujourd'hui à l'épreuve de l'expérience.
Une onde associée à chaque électron
Dès 1923, Louis de Broglie associe une onde à chaque électron, donnant à la matière une nature à la fois onde et particule. En 1926, Schrödinger obtient l'équation mathématique de cette onde.
Cette dualité se manifeste dans l'expérience des deux fentes. En envoyant des électrons un par un vers un écran percé de deux fentes rapprochées, on obtient sur un mur des bandes alternées claires et sombres, typiques des ondes. Pour l'école de Copenhague, ce phénomène reste inexplicable en termes de trajectoires classiques, comme si une particule pouvait passer par deux portes à la fois.
Bohr et ses collaborateurs jugent les idées de de Broglie archaïques et rétrogrades. Schrödinger, lui, tente d'éliminer la particule pour ne garder que l'onde, mais sans particule, la détection localisée des électrons sur un écran ne peut plus s'expliquer.
La théorie de l'onde-pilote
Pour répondre à ce dilemme, de Broglie présente à Solvay sa théorie de l'onde-pilote. Elle conserve des particules ponctuelles suivant des trajectoires réelles et continues. L'image est celle d'un surfeur porté par une vague : la particule ne passe que par une fente, mais l'onde, elle, passe par les deux et la guide.
Cette théorie est redécouverte en 1952 par l'Américain David Bohm. Connue aujourd'hui sous le nom de théorie de Broglie-Bohm, ou théorie dBB, elle est reconnue comme une alternative cohérente.
L'effet tunnel au cœur de la controverse
Une équipe néerlandaise dirigée par Jan Klaers a publié dans la revue Nature un article qui semble mettre la théorie en difficulté. Son argument porte sur l'effet tunnel : des photons traversent une microbarrière fabriquée au laboratoire, et les ondes évanescentes sont photographiées au microscope.
Selon les auteurs, la théorie dBB prédirait une vitesse nulle à l'intérieur de la barrière, ce qui interdirait toute traversée. Aurélien Drezet, chargé de recherche CNRS à l'Institut Néel, répond que les trajectoires suivent la propagation de l'énergie lumineuse, à laquelle est associée une vitesse qui est « exactement la vitesse prédite par dBB ». Si un signal est détecté derrière la barrière, de l'énergie, et donc des trajectoires, l'ont traversée.
Avec Dustin Lazarovici et Bernard Nabet, du Technion (Israel Institute of Technology), il a également pris en compte les fuites de lumière qui servent à imager le champ évanescent, effet négligé dans l'analyse initiale. Une fois ces propriétés optiques intégrées, la vitesse dBB n'est plus nulle dans la barrière. Ces résultats ont été publiés dans la même revue, en réponse au travail initial.
Pour ces auteurs, la théorie dBB reproduit toutes les prédictions de la mécanique quantique standard. Les vrais débats portent désormais sur les frontières de la discipline, notamment la théorie quantique des champs, la gravité quantique et la cosmologie.
