Des chercheurs de l’Université d’East Anglia ont introduit une méthode pionnière utilisant la lumière quantique pour détecter le son quantique. Leur étude met en lumière les interactions quantiques complexes entre les vibrations moléculaires et les photons. Les résultats devraient améliorer la compréhension des interactions lumière-matière à l’échelle moléculaire et pourraient ouvrir de nouvelles voies en technologie quantique et en biologie. Les efforts de l’équipe pourraient également stimuler le développement de techniques innovantes permettant de détecter directement des phonons individuels.
Des scientifiques de l’Université d’East Anglia ont proposé une nouvelle façon d’utiliser la lumière quantique pour « voir » le son quantique.
Une étude récente récemment publiée dans la revue Lettres d’examen physique révèle l’interaction mécanique quantique entre les vibrations et les particules de lumière, appelées photons, dans les molécules. On espère que cette découverte pourra aider les scientifiques à mieux comprendre les interactions entre la lumière et la matière à l’échelle moléculaire.
Et cela ouvre potentiellement la voie à la résolution de questions fondamentales sur l’importance des effets quantiques dans des applications allant des nouvelles technologies quantiques aux systèmes biologiques.
La controverse en physique chimique
Le Dr Magnus Borgh de l’École de physique de l’UEA a déclaré : « Il existe une controverse de longue date en physique chimique sur la nature des processus par lesquels l’énergie des particules de lumière est transférée au sein des molécules.
« Sont-ils fondamentalement quantiques ou classiques ? Les molécules sont des systèmes complexes et désordonnés, vibrant constamment. Comment ces vibrations affectent-elles les processus de mécanique quantique dans la molécule ?
« Ces processus sont généralement étudiés à l’aide de techniques reposant sur la polarisation – la même propriété de la lumière utilisée dans les lunettes de soleil pour réduire les reflets. Mais c’est un phénomène classique.
« Les techniques de l’optique quantique, le domaine de la physique qui étudie la nature quantique de la lumière et ses interactions avec la matière à l’échelle atomique, peuvent offrir un moyen d’étudier de véritables effets quantiques directement dans les systèmes moléculaires. »
Importance des corrélations de photons dans le comportement quantique
Le comportement quantique peut être révélé en étudiant les corrélations dans la lumière émise par une molécule placée dans un champ laser. Les corrélations répondent à la question de savoir quelle est la probabilité que deux photons soient émis très près l’un de l’autre et peuvent être mesurées à l’aide de techniques standard.
Ben Humphries, titulaire d’un doctorat. étudiant en chimie théorique à l’UEA, a déclaré : « Nos recherches montrent que lorsqu’une molécule échange des phonons – des particules sonores de mécanique quantique – avec son environnement, cela produit un signal reconnaissable dans le photon corrélations.
Alors que les photons sont régulièrement créés et mesurés dans des laboratoires du monde entier, les quanta individuels de vibrations, qui sont les particules sonores correspondantes, les phonons, ne peuvent en général pas être mesurés de la même manière.
Applications potentielles et perspectives d’avenir
Les nouvelles découvertes fournissent une boîte à outils pour étudier le monde du son quantique dans les molécules.
Le chercheur principal, le Dr Garth Jones, de l’École de chimie de l’UEA, a déclaré : « Nous avons également calculé les corrélations entre les photons et les phonons. »
« Ce serait très excitant si notre article pouvait inspirer le développement de nouvelles techniques expérimentales pour détecter directement des phonons individuels », a-t-il ajouté.
