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Chapitre 5. Décohérence et « mesure » du spin dans l’expérience de Stern et Gerlach
- Par Michel Gondran
- et Alexandre Gondran
Pages 131 à 150
Citer ce chapitre
- GONDRAN, Michel
- et GONDRAN, Alexandre,
- Gondran, Michel.
- et al.
- Gondran, M.
- et Gondran, A.
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- Gondran, M.
- et Gondran, A.
- Gondran, Michel.
- et al.
- GONDRAN, Michel
- et GONDRAN, Alexandre,
Notes
-
[1]
W. Gerlach et O. Stern, « Der Experimentelle Nachweis des Magnetischen Moments des Silberatoms », Zeit. Phys. 8, 1921, p. 110-111 http://link.springer.com/article/10.1007%2FBF01329580.
-
[2]
N. Bohr, « Discussion with Einstein and Epistemological Problems in Atomic Physics » http://www.marxists.org/reference/subject/philosophy/works/dk/bohr.htm, in P.A. Schlipp (ed.), Albert Einstein : Philosopher-Scientist, The Library of Living Philosophers, 1949, p. 200-241 ; W.H. Zurek, « Environment-induced superselection rules », Phys. Rev. D26, 1982, p. 1862 http://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.26.1862 ; « Decoherence and the transition from quantum to classical-Revisited », Physics Today 44, 1991, p. 36 http://arxiv.org/pdf/quant-ph/0306072v1.pdf ; « Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical », Rev. Mod. Phys. 75, 2003, p. 715 http://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.75.715.
-
[3]
J.-L. Basdevant & J. Dalibard, Mécanique quantique, Éditions de l’École polytechnique, 2003.
-
[4]
H.D. Zeh, « On the interpretation of measurements in quantum theory », Found. Phys. 1, 1970, p. 69-76 http://link.springer.com/article/10.1007%2FBF00708656 ; Zurek, « Environment-induced superselection rules », op. cit. ; R. Omnès, Comprendre la mécanique quantique, EDP Sciences, 2000.
-
[5]
C. Dewdney, P.R. Holland & A. Kypianidis, « What happens in a spin measurement ? », Phys. Lett. A 119, 6, 1986, p. 259-267 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0375960186901441 ; M. Gondran & A. Gondran, « A complete analysis of the Stern-Gerlach experiment using Pauli spinors », quant-ph/0511276, 2005 http://arxiv.org/pdf/quant-ph/0511276v1.pdf.
-
[6]
R.P. Feynman, R.B. Leighton & M. Sands, The Feynman Lectures on Physics, Addison-Wesley, 1965 ; C. Cohen-Tannoudji, B. Diu & F. Laloë, Quantum Mechanics, Wiley, 1977.
-
[7]
Dewdney, Holland & Kypianidis, « What happens in a spin measurement ? », op. cit.
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[8]
A. Challinor et al., « A relativistic causal account of a spin measurement », Phys. Lett. A 218, 1996, p. 128-138 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0375960196004355.
-
[9]
P. Alstrom, P. Hjorth & R. Mattuck, « Paradox in the classical treatment of the Stern-Gerlach experiment », Am. J. Phys. 50, 8, 1982, p. 697 ; D.E. Platt, « A modern analysis of the Stern-Gerlach experiment », Am. J. Phys. 60, 1992, p. 4 http://scitation.aip.org/content/aapt/journal/ajp/60/4/10.1119/1.17136.
-
[10]
T. Takabayasi, « On the Formulation of Quantum Mechanics associated with Classical Pictures », Prog. Theor. Phys. 8(2), 1952, p. 143-182 http://ptp.oxfordjournals.org/content/8/2/143 ; « The Formulation of Quantum Mechanics in terms of Ensemble in Phase Space », Prog. Theor. Phys. 11(4-5), 1954, p. 341-373 http://ptp.oxfordjournals.org/content/11/4-5/341.abstract ; « The vector Representation of Spinning particle in the Quantum Theory, 1 », Prog. Theor. Phys. 14(4), 1955, p. 283-302 http://ptp.oxfordjournals.org/content/14/4/283.full.pdf.
-
[11]
D. Bohm, R. Schiller & J. Tiomno, « A causal interpretation of the Pauli equation », Nuovo Cim. supp. 1, 1955, p. 48-66 http://link.springer.com/article/10.1007%2FBF02743528 et p. 67-91 http://link.springer.com/article/10.1007%2FBF02743529 ; D. Bohm & B.J. Hiley, The Undivided Universe, Routledge, 1993.
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[12]
Gondran & Gondran, « A complete analysis of the Stern-Gerlach experiment using Pauli spinors », op. cit. ; M. Gondran & A. Gondran, « Spinor with Spatial Extension and Quantum Computer Feasibility », présenté à Frontiers of Foundamental Physics-11, 6-10 July 2010, Paris AIP Conf. Proc. 1446, p. 371-379 http://basepub.dauphine.fr/handle/123456789/11648.
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[13]
Cf. Gondran & Gondran, « A complete analysis of the Stern-Gerlach experiment using Pauli spinors », op. cit.
-
[14]
M. Gondran, A. Gondran & A. Kenoufi, « Decoherence time and spin measurement in the Stern-Gerlach experiment », Foundations of Probability and Physics-6, (Växjö, Suède, juin 2011), AIP Conf. Proc. 1424, 2012, p. 111-115 http://basepub.dauphine.fr/handle/123456789/11740.
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[15]
« Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical », op. cit. ; Omnès, Comprendre la mécanique quantique, op. cit.
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[16]
Gondran, Gondran & Kenoufi, « Decoherence time and spin measurement in the Stern-Gerlach experiment », op. cit.
-
[17]
Basdevant & Dalibard, Mécanique quantique, op. cit.
-
[18]
Zurek, « Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical », op. cit.
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[19]
Cf. Gondran & Gondran, « A complete analysis of the Stern-Gerlach experiment using Pauli spinors », op. cit. ; « Spinor with Spatial Extension and Quantum Computer Feasibility », op. cit.
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[20]
S. Kochen & E.P. Specker, « The problem of hidden variables in quantum mechanics », J. Math. Mech. 17, 1967, p. 59-87 http://www.iumj.indiana.edu/IUMJ/fulltext.php?year=1968&volume=17&artid=17004.
-
[21]
C. Held, « The Kochen-Specker Theorem », in E.N. Zalta (ed.), The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Spring 2013 Edition) http://plato.stanford.edu/entries/kochen-specker/.
-
[22]
D. Bohm, Quantum Theory, Prentice-Hall, 1951 ; E.P. Wigner, « The Problem of Measurement », Am. J. Phys. 31, 1963, p. 6 http://scitation.aip.org/content/aapt/journal/ajp/31/1/10.1119/1.1969254.
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[23]
D. Deutsch, « Quantum Theory, the Church-Turing Principle and the Universal Quantum Computer », Proc. Roy. Soc. Lond. A400, 1985, p. 97-117 http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/400/1818/97.abstract.
-
[24]
P. Shor, « Algorithms for quantum computation », Proceedings of the 35th Annual Symposium on Foundations of Computer Science, IEEE Computer Society Press, 1994, p. 116-123 http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?arnumber=365700 ; « Polynomial-Time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum computer », quant-ph/9508027, 1995 http://arxiv.org/pdf/quant-ph/9508027v2.pdf.
-
[25]
L.K. Grover, « Quantum Computers Can Search Arbitrarily Large Databases by a Single Query », Phys. Rev. Lett. 79, 1997, p. 4709-4712 http://arxiv.org/pdf/quant-ph/9706005.pdf.
-
[26]
I. Chuang, L. Gershenfeld & N. Kubinec, « Experimental Implementation of Fast Quantum Searching », Phys. Rev. Lett. 80, 1998, p. 3408-3411 http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.80.3408.
-
[27]
L. Vandersypen et al., « Experimental realization of quantum Shor’s factoring algorithm using nuclear magnetic resonance », Nature 414, 2001, p. 883-887 http://www.nature.com/nature/journal/v414/n6866/full/414883a.html.
-
[28]
M. Gondran & A. Gondran, « Quantum computer feasibility and quantum mechanics interpretation », Annales de la Fondation Louis de Broglie 34(2), 2009, p. 131-141 http://aflb.ensmp.fr/AFLB-342/aflb342m639.pdf ; « Spinor with Spatial Extension and Quantum Computer Feasibility », op. cit.
-
[29]
Pour des introductions très claires à l’informatique quantique, cf. M. Le Bellac, Introduction à l’information quantique, Belin, 2005 ; D. Mermin, Calculs et algorithmes quantiques, méthodes et exemples, EDP Sciences, 2010.
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[30]
M.A. Nielsen & I. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, 2000.
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[31]
Ibid., réédition 2010, p. 343.
En étudiant en 1921 un jet d’atomes d’argent traversant un champ magnétique fortement inhomogène (figure 1), Stern et Gerlach mettent en évidence un résultat expérimental qui contredit la prévision théorique de l’époque : le faisceau, au lieu de s’élargir, se sépare en deux et donne deux taches distinctes d’intensité identique N+ et N-.
Historiquement, c’est l’une des expériences cruciales de la physique atomique. Elle met en évidence l’existence du spin (moment magnétique intrinsèque) et elle permit d’établir sa quantification. De plus, elle pose théoriquement le problème de la mesure en mécanique quantique avec la nécessité d’introduire les postulats 4 (quantification de la mesure), 5 (décomposition spectrale) et 6 (réduction du paquet d’ondes) que nous avons rappelés au chapitre 1. Cette expérience a donné lieu à de longs débats toujours en cours. Pour Bohr, la mesure est une interaction entre un « objet quantique », ici le spin et « un appareil classique », ici l’appareil créant le champ magnétique.
Dans leur cours à l’École polytechnique, Basdevant et Dalibard rappellent :
Pourquoi Stern et son collègue Gerlach ont voulu faire cette expérience en 1921, soit cinq ans avant que la mécanique quantique telle que nous la comprenons maintenant soit développée ? Le but de Stern était de tester un des aspects les plus mystérieux de la vieille théorie des quanta, qui était dénommé la quantification spatiale et qui n’avait jamais été observé.
Quand les théoriciens de l’époque apprirent le projet de Stern et Gerlach, la plupart d’entre eux se montrèrent sceptiques…
Date de mise en ligne : 01/06/2022
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