Optique Quantique
Le point blanc au centre de cette figure laisse passer des photons
de l'écran à votre oeil.
On peut imaginer voir ces photons de près. Plusieurs caractéritiques
sont liées aux photons: leur couleur (longueur d'onde), leur position,
leur polarisation. La polarisation est specifiée par un angle
que "transporte" le photon perpendiculairement à son mouvement (il
sort de l'écran).
Cette image est simpliste par rapport à la realité, mais
suffira pour notre explication. On voit dans cette figure des photons polarisés
selon plusieurs angles distincts.
En realité, l'image de la figure précédente est très
fausse car il n'est pas possible de "voir" exactement la polarisation d'un
photon INDIVIDUEL. Il faut accepter ce fait de l'optique quantique tel
quel: il n'y a pas d'explication à ce phénomene, la nature
est ainsi faite. Une telle détermination ne sera possible que si
un grand nombre d'entre eux avec la MÊME polarisation est disponible.
Nous verrons comment ceci est possible dans les prochaines figures. La
seconde chose qu'il faut savoir et accepter tel quel est le fait qu'il
est impossible de faire des copies conformes de la polarisation d'un photon.
On utilise généralement un filtre polarisant afin
de sélectionner une polarisation particulière. L'effet du
filtre est de laisser passer les photons d'une certaine polarisation et
de stopper ceux de la polarisation perpendiculaire. Dans l'exemple le filtre
est positionné pour laisser passer les photons polarisés
en 0° et stopper ceux en 90°.
On utilise souvent de tels filtres en photographie car la lumière
provenant du ciel est polarisée et l'on peut augmenter ou réduire
la luminosité du ciel par rapport aux autres objets dans une scène
grâce à un filtre polarisant.
En fait, l'effet du filtre polarisant est légerement plus complexe:
si un photon polarisé selon un angle Ø (theta) tente de traverser
le filtre positioné pour sélectionner l'angle 0°, il
aura alors une probabilite (cos Ø)2
d'être détecté à la sortie du filtre et (sin
Ø)2 de ne pas être détecté
à la sortie du filtre. Les cas particuliers sont Ø=0°
et Ø=90° qui ont probabilité 1 et probabilité
0 de traverser le filtre.
On utilise un photodétecteur afin de déterminer la
présence ou l'absence d'un photon. Tous les photons qui traversent
le filtre se comporteront ensuite comme des photons de polarisation 0°.
On pourra utiliser un filtre polarisant afin de déterminer la polarisation
d'un faisceau de photons de polarisations identique. Quand le filtre sera
placé dans l'angle des photons polarisés, il n'y aura pratiquement
pas de réduction d'intensité du faisceau lumineux, alors
que la réduction sera totale à 90° plus loin.
Un autre appareil optique pertinant aux mesures de polarisation sur des
photons est le cristal de calcite. Ce cristal, que l'on trouve dans
la nature, à la remarquable propriété de séparer
sur deux parcours distincts les photons polarisés selon deux direction
perpendiculaires. Dans cet exemple, le cristal sépare les photons
polarisés en 0° de ceux polarisés en 90°.
En fait, comme pour le filtre polarisant, l'effet du cristal de calcite
est plus complexe: si un photon polarisé selon un angle Ø
tente de traverser le cristal positioné pour séparer les
angles 0° et 90°, il aura alors une probabilite (cos Ø)2
d'être détecté à la sortie du cristal correspondant
à 0° et (sin Ø)2 d'être
détecté à l'autre sortie.
Les cas particuliers sont encore une fois Ø=0° et Ø=90°
qui ont probabilité 1 et probabilité 0 de sortir du cristal
du cote 0°. Tous les photons qui sortent à gauche du cristal
se comporteront par la suite comme des photons de polarisation 0° et
ceux qui sortent à droite se comporteront par la suite comme des
photons de polarisation 90°.
On remarque qu'un cristal positionné pour séparer 0°
et 90° est tout a fait inadéquat pour séparer 45°
et 135°. Les photons polarisés selon ces angles se comporteront
comme ceux polarisés en 0° avec probabilité 1/2 et comme
ceux polarisés en 90° avec une probabilité 1/2 également.
On peut utiliser le cristal de calcite afin de séparer n'importe
quel deux polarisations perpendiculaires. Par exemple, on peut séparer
les polarisations 45° et 135° l'une de l'autre en tournant le cristal
de 45° par rapport à la position séparant 0° et 90°.
Comme ci-haut, on remarque qu'un cristal positionné pour séparer
45° et 135° est tout à fait inadéquat pour séparer
0° et 90°. Les photons polarisés selon ces angles se comporteront
comme ceux polarisés en 45° avec probabilité 1/2 et comme
ceux polarisés en 135° avec probabilité 1/2 également.
Afin de comprendre l'effet
EPR, il est pertinant de constater que le comportement de chaque photon
est indépendant de celui des autres.
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Dernière mise à jour: 20 décembre 1997