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UFR DE PHYSIQUE
UFR 925

Le prix Nobel de Physique 2012 à Serge Haroche

Nous avons été très heureux d'apprendre le 9 octobre dernier l'attribution du prix Nobel de physique à Serge Haroche, chercheur au LKB et professeur au collège de France, conjointement à David Wineland. Serge a été professeur à l'UPMC de 1975 à 2001 et de nombreux collègues de nos laboratoires ont eu l'occasion d'apprécier ses enseignements.Jean-Michel Raimond, membre de son équipe au LKB et professeur à l'UPMC, a bien voulu répondre à quelques unes de nos questions. 

 

 

Jean-Michel, les travaux pour lesquels ce prix Nobel a été attribué se sont certainement déroulés sur une longue période. Pourrais tu nous préciser les conditions qui ont permis ou facilité leur aboutissement ?

Nos expériences sont simples sur le plan conceptuel, mais difficiles expérimentalement. Il s'écoule donc souvent une longue période entre le moment où nous pouvons les proposer et leur réalisation.

Le fait que nous ayons pu constituer une équipe stable de permanents, avec Michel Brune d'abord et, plus récemment, Igor Dotsenko et Sébastien Gleyzes, a été essentiel pour l'accumulation des compétences techniques nécessaires.Nous avons aussi bénéficié de l'environnement scientifique exceptionnel du LKB, de l'ENS et de l'UPMC, et de la qualité de leurs services techniques. Enfin, ce type de recherche à long terme nécessite des sources de financement stables.

Nous avons pu bénéficier au départ du soutien récurrent du laboratoire, essentiel pour une expérience dans les premiers stades de son développement. La Communauté Européenne et l'ERC ont aussi joué un rôle essentiel dans le soutien de notre équipe. De manière frappante, les conditions du succès de l'équipe de Dave Wineland sont très similaires : forte équipe de permanents, soutien d'une grande institution sans exigence de résultats finalisés immédiats. Il serait très souhaitable que les jeunes équipes qui démarrent un projet maintenant puissent bénéficier de conditions similaires.

 

Les expériences que vous avez réalisées au sein de l'équipe "électrodynamique en cavité" du LKB mettent en jeu les fondements de la mécanique quantique. Ces résultats ouvrent-ils de nouvelles perspectives pour effectuer dans les années à venir d'autres tests fondamentaux de la mécanique quantique ?

Oui, sans doute. La mécanique quantique a déjà eu des succès remarquables et conduit à des applications nombreuses et d'une grande importance pour la société (ordinateurs, lasers et communication par fibres optiques, GPS...). Mais la vision du monde microscopique qu'elle nous procure est tout à fait contraire à notre intuition et à notre bon sens. Il est donc nécessaire, comme nous l'avons commencé, de tester notre compréhension et notre interprétation de ce formalisme. En particulier, il sera intéressant d'explorer d'avantage la frontière entre le monde quantique et le monde classique. Comment la réalité classique émerge-t-elle du monde quantique sous-jacent ? C'est une des questions essentielles auxquelles il nous faudra répondre. Elle est bien sûr d'abord essentielle pour la compréhension du monde, mais aussi pour apprendre à utiliser les étranges propriétés quantiques. Contrôler des systèmes quantiques de plus en plus grands permet d'envisager de réaliser des fonctions tout à fait nouvelles, par exemple le calcul quantique ou la simulation d'un système quantique complexe par un autre système plus contrôlable. C'est une direction de recherche très active au niveau mondial et il ne fait guère de doute qu'on assistera à des avancées impressionnantes dans les prochaines années.

 

Lorsqu'on pratique la mécanique quantique de manière intensive comme vous le faites dans votre équipe, est-il possible de construire une intuition (permettant par exemple de prédire le résultat d'une expérience avant de la réaliser), comme dans d'autres domaines de la physique ou bien le caractère très paradoxal de cette théorie oblige t-il  à s'en remettre systématiquement au formalisme ?

La fréquentation assidue de la physique quantique permet effectivement de développer une intuition des phénomènes. Cependant, cette intuition n'est pas aussi solide et aussi fiable que celle de la physique classique. Nous vivons, nous avons évolué dans un monde classique où le quantique est voilé, ne se manifeste qu'indirectement. Il n'est donc pas faux de dire, comme Feynman, que « personne ne comprend la physique quantique », ou plutôt que personne ne la comprend vraiment, aussi intimement et intuitivement qu'on peut appréhender la physique classique. Donc il vaut mieux avant de se lancer dans une expérience complexe, comme nous en avons fait l'expérience douloureuse, avoir recours au formalisme, ce qui n'est jamais très difficile d'ailleurs pour le genre de choses que nous faisons.

 

L'enseignement de la physique en général et de la mécanique quantique en particulier, a occupé et occupe une large place dans vos activités. Comment voyez vous les liens entre enseignement et recherche, pour cette discipline très abstraite ? La mécanique quantique est maintenant introduite dans les programmes de lycée et de classes préparatoires alors que les étudiants sont moins bien préparés que par le passé à manipuler les outils formels: n'est-ce pas là  un défi pour les enseignants ?

Nous avons tous deux enseigné de nombreuses années la physique quantique. C'est d'abord une expérience pédagogique unique, précisément parce que le quantique échappe dans une large mesure à l'intuition des étudiants. C'est donc difficile, mais aussi gratifiant puisqu'on peut à la fois les étonner et les émerveiller. C'est aussi une étape essentielle pour asseoir sa propre compréhension des choses. Le genre d'expériences que nous réalisons, avec bien d'autres, peut aussi conduire à une renouvellement des approches pédagogiques de la physique quantique. Elles illustrent directement les postulats de base et peuvent donc aider les étudiants à mieux les comprendre. Elles sont déjà d'ailleurs décrites dans quelques manuels récents.

 

Enfin, pourrais tu nous donner quelques précisions sur la manière dont vous travaillez au sein de votre équipe: certains membres se consacrent-ils davantage aux aspects expérimentaux ou théoriques  ? comment concevez vous l'encadrement des doctorants ?

Le mérite de faire des expériences sur les propriétés quantiques fondamentales est que la théorie en est généralement très simple, du niveau d'un étudiant de Master. Nous pouvons donc tous contribuer sur ce plan, et éviter la dichotomie, indispensable dans d'autres domaines, entre théoriciens et expérimentateurs. Il n'est pas rare que nos doctorants nous proposent des expériences et tous maîtrisent parfaitement la description théorique du système. Il n'en demeure pas moins que 99 % de notre activité est de nature expérimentale. Comme je le disais plus haut, le temps de l'expérience s'écoule beaucoup plus lentement que celui de la théorie !


Nous essayons d'être aussi présents que possible pour l'encadrement des doctorants. Les jeunes permanents du groupe travaillent avec eux au quotidien. Nous croyons aussi beaucoup aux vertus de l'apprentissage. Nous avons eu la chance de pouvoir recruter un flux presque constant d'étudiants, ce qui permet aux plus expérimentés de former les plus jeunes à tous les détails d'un montage forcément complexe.

 

Serge Haroche et son équipe du LKB

Février 2013 - 20/02/18

Traductions :

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    Tour 22-23, 1er étage

    Directeur : 

    Edouard Kierlik
                         
    (dir-facphysique @ sorbonne-universite.fr)

    Responsable administrative : 

    Christine Nemer (christine.nemer @ sorbonne-universite.fr)

    Tél : 01 44 27 44 48

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