La physique quantique

À l'échelle des atomes et des particules, la nature se comporte de façon déroutante. La physique quantique, née au début du XX^e siècle, décrit ce monde de l'infiniment petit — et malgré son étrangeté, elle est l'une des théories les mieux vérifiées de toute la science.

L'énergie par paquets

Le point de départ est une découverte surprenante : à l'échelle des atomes, l'énergie ne varie pas de façon continue, mais par petits paquets insécables appelés « quanta ». La lumière elle-même est faite de grains d'énergie, les photons.

C'est comme si, au lieu d'une rampe où l'on peut s'arrêter à n'importe quelle hauteur, la nature n'offrait qu'un escalier avec des marches bien précises. Cette idée, lancée par Max Planck et Albert Einstein, donne son nom à toute la théorie.

Onde ou particule ?

Plus troublant encore : une particule comme l'électron ou le photon se comporte tantôt comme un grain de matière, tantôt comme une onde. La célèbre expérience des deux fentes le montre de façon spectaculaire.

Même en envoyant les particules une par une, elles finissent par dessiner sur l'écran des bandes régulières, typiques des ondes : chaque particule semble être passée « par les deux fentes à la fois ». C'est la dualité onde-particule.

Superposition et hasard

Tant qu'on ne la mesure pas, une particule peut ainsi être dans plusieurs états à la fois : c'est la superposition. Et le résultat d'une mesure n'est pas certain : la théorie ne donne que des probabilités. Ce hasard fondamental a beaucoup gêné Einstein lui-même, qui protestait : « Dieu ne joue pas aux dés. » Et pourtant, l'expérience lui a donné tort.

Des applications partout

Loin d'être une simple curiosité, la physique quantique est partout autour de nous : lasers, LED, transistors — donc tous les ordinateurs et téléphones —, imagerie médicale, panneaux solaires… Et demain, peut-être, des ordinateurs quantiques d'une puissance inédite.