Une étude suggère qu’il est possible de combiner plusieurs états quantiques dont les niveaux d’énergie sont presque nuls pour obtenir un état contenant des régions des dizaines de fois plus énergétiques. En d’autres termes, il serait possible de générer de l’énergie à partir de rien. Cela serait dû à la « superoscillation quantique », un phénomène contre-intuitif au cours duquel une région spécifique d’une onde oscille beaucoup plus rapidement que ce qui est techniquement possible.
En mécanique quantique, les particules peuvent se comporter à la fois en tant qu’onde et particule (la dualité onde-corpuscule). Ces ondes peuvent être divisées en plusieurs autres ondes sinusoïdales, chacune oscillant selon une fréquence spécifique. Dans les années 1990, des chercheurs ont découvert que dans de rares cas, la somme de ces ondes constitutives peut donner lieu à des régions qui oscillent beaucoup plus vite que la partie la plus rapide de l’onde initiale non subdivisée. Cela donne lieu à un phénomène appelé « superoscillation ».
Plus précisément, la superoscillation décrit un phénomène au cours duquel un signal dont la fréquence est limitée dans son ensemble peut contenir des segments pouvant osciller beaucoup plus rapidement que sa composante de Fourier (une fonction qui définit les signaux périodiques ou sinusoïdaux) la plus élevée. La superoscillation est ainsi un phénomène contre-intuitif, car elle donne l’illusion que les composantes d’une onde existent en dehors de leur spectre de fonction.
Cet étrange phénomène pourrait avoir des conséquences inattendues et donner lieu à d’autres « supercomportements », selon une équipe de l’Université Chapman, en Californie. En transposant cette caractéristique à l’énergie des particules notamment, des états quantiques combinés pourraient générer beaucoup plus d’énergie que ce que suggèrent leurs composants. En d’autres termes, ce processus permettrait de créer des états quantiques qui devraient techniquement avoir très peu d’énergie, mais qui en contiennent en réalité beaucoup plus une fois combinés.
Plus d’énergie que ce qui est techniquement possible…
Dans le cadre leur nouvelle étude, les chercheurs américains ont montré mathématiquement que la combinaison de plusieurs ondes dont l’énergie est proche de zéro peut donner lieu de manière inattendue à un segment d’onde plusieurs dizaines de fois plus énergétique. En outre, ce comportement « superénergétique » impliquerait que l’état des ondes oscille dans le temps, selon une vitesse donnée.
D’autre part, « cela démontre la possibilité d’imiter un état de haute énergie avec des superpositions cohérentes d’états d’énergie presque nuls pour une région spatiale aussi large que souhaitée », ont-ils écrit dans leur document publié dans la revue Physical Review A. Cela signifierait qu’il est possible de créer de l’énergie à partir de rien sans limitation d’espace.
Si cette propriété est par exemple appliquée à la lumière infrarouge, dont la fréquence est relativement basse, il serait possible d’y trouver une région le long de sa bande où la fréquence est plus élevée. Ce segment de fréquence pourrait être bleu au lieu de rouge.
Dans la pratique, ce phénomène pourrait par exemple être appliqué aux technologies d’imagerie optique à haute résolution. Il serait également possible de l’appliquer aux techniques de comptage de photons individuels, ce qui serait intéressant pour les analyses biologiques non invasives et sans nécessiter de marqueurs fluorescents.
Cependant, la vérification expérimentale du phénomène se heurte à une difficulté majeure, résidant notamment dans le fait qu’il ne se produit que très rarement et de manière inattendue. De précédentes expériences ont par exemple révélé le comportement superoscillatoire d’un objet quantique unique (un photon). Cependant, la démonstration du comportement superénergétique des particules nécessiterait au moins plusieurs cycles d’expérimentation.
Néanmoins, les chercheurs de l’Université de Chapman prévoient prochainement de collaborer avec des physiciens expérimentaux afin d’étayer leur hypothèse. Il existe d’ailleurs de nombreux autres supercomportements à explorer, tels que la manière dont plusieurs ondes qui se propagent vers l’avant peuvent être combinées en une seule onde qui, dans certaines régions, se propage vers l’arrière.