Sur l’art de sectionner un photon en deux, ou : comment on obtient l’infini en voulant simplement faire une moitié
par Thadeus Brown
Pr. Thadeus I.M.E. Brown — Carnet de terrain, un mardi soir, éclairage de scène encore allumé
J’étais en train de régler un volet coupe-flux sur un projecteur du labo — un vieux gobo mécanique, deux lames qu’on rapproche pour tailler le faisceau, garder la moitié utile et sacrifier l’autre — quand la question m’est venue, aussi simple qu’idiote : où va la lumière qu’on coupe ? Je pensais connaître la réponse depuis toujours. Elle ne va nulle part, elle est bloquée, elle chauffe la lame, fin de l’histoire. J’ai continué à régler mon volet en pensant à autre chose. J’ai eu tort de considérer la question comme close.
Trois physiciens de l’université d’Oslo se sont posé exactement la même question, mais sur un seul photon plutôt que sur un faisceau entier, et ils ont eu la patience de faire le calcul jusqu’au bout. Leur réponse, publiée dans Physical Review Letters, n’a rien à voir avec ma lame de projecteur qui bloque poliment ce qu’on lui demande de bloquer.
Ce qu’on obtient en coupant un photon
Un photon ne se divise pas en deux comme une pomme. C’est une particule élémentaire — on ne peut pas en garder la moitié dans une main et jeter l’autre. Et pourtant, on peut clairement en tronquer une partie avec un obturateur optique, exactement comme mon volet de projecteur, mais réglé à l’échelle d’un seul grain de lumière.
Les trois physiciens ont modélisé ce moment précis — l’instant où l’obturateur se ferme sur un photon en vol — et le résultat défie ce qu’on attendrait raisonnablement. Un photon n’est pas un petit paquet net et symétrique : sa « traîne » s’étend en principe à l’infini dans une seule direction, comme une comète qui n’aurait pas de fin. Trancher cette traîne quelque part ne produit pas un fragment propre. Ça produit un état compliqué, impliquant un nombre de photons qui va jusqu’à l’infini. On coupe une chose, et on obtient une multitude.
Dans leur cas d’école le plus simple — un photon unique, une polarisation, un obturateur idéal — la coupure donne deux morceaux d’une netteté presque insultante : d’un côté, le vide pur, aucun photon du tout ; de l’autre, un photon complet, entier, sans trace d’avoir jamais appartenu à quelque chose de plus grand. Ni les deux moitiés ne portent la mémoire de la coupure. C’est le comble de l’affaire : couper proprement un photon ne laisse aucune cicatrice, nulle part — sauf, apparemment, dans les calculs qu’il faut faire pour en rendre compte.
Ce que ça fait à un geste
J’ai repensé à mon volet de projecteur, et puis à Robotheus — plus précisément à son coude droit, dont je recalibre la course depuis trois semaines sans obtenir un arrêt net. On croit qu’interrompre un mouvement mécanique, c’est en garder la première moitié et couper le reste au niveau du servomoteur. Ce n’est jamais ce qui se passe sur mon établi. Un bras qu’on stoppe au milieu de sa course ne reste pas figé proprement : le couple continue de circuler dans la liaison, la tige de transmission accumule une tension qu’il faut bien faire quelque part, et le prochain geste hérite d’un léger décalage que je n’arrive jamais à faire disparaître complètement, quel que soit le point exact où je programme l’arrêt. On croit couper un mouvement en deux. On obtient un reste, ailleurs, qu’on n’avait pas prévu de fabriquer.
Je ne sais pas ce que ça signifie, appliqué à un photon plutôt qu’à un bras articulé en bois et laiton. Je sais que je ne réglerai plus jamais un gobo — ni un coude de Robotheus — de la même façon.
Pr. Thadeus Isidore Michal Everett Brown
