0, suivi de 63 zéros, puis un 1. Ce n’est pas le code secret d’une porte interdimensionnelle mais la probabilité, calculée, que la main d’un humain traverse un mur par pur effet quantique. Un chiffre si absurde qu’il en devient presque poétique, et pourtant, la mécanique quantique ne fait pas dans la poésie.
Les équations qui gouvernent ce phénomène ne laissent aucune place à l’improvisation. Il s’agit de mathématiques dures, d’une rigueur qui n’a rien à envier à la froideur du granit. Quand il s’agit de transposer un phénomène microscopique à l’échelle de notre quotidien, le verdict tombe : la probabilité pour qu’un objet composé de milliards d’atomes perce un mur, même un instant, frôle le néant.
Pourquoi la mécanique quantique défie notre intuition quotidienne
Ce que la mécanique quantique impose, c’est une rupture brutale avec la logique des objets familiers. Placez une main devant un mur : la matière bloque la matière, c’est la règle. Mais dans le domaine de l’infiniment petit, une faille s’ouvre. L’effet tunnel, ce phénomène qui permet à une particule de franchir une barrière sans l’énergie nécessaire, fait voler en éclats notre conception du solide et de l’impossible.
Loin d’être une curiosité intellectuelle, ce phénomène a marqué un tournant dès 1928. Il a obligé les physiciens à accepter que la présence d’une particule n’est jamais assurée à 100% : la fonction d’onde, pilier de la théorie, ne livre jamais la position exacte mais une carte de probabilités, qui s’étend jusque dans les régions interdites par la mécanique classique.
Voici les situations où l’effet tunnel a été directement observé :
- Des électrons franchissant des barrières de potentiel dans des semi-conducteurs ou à l’intérieur d’atomes
- Des atomes de rubidium piégés dans des champs magnétiques, capables de traverser des obstacles microscopiques
- Des photons qui s’invitent là où la lumière ne devrait jamais passer
À l’échelle quantique, la certitude fait place à la probabilité, la trajectoire cède devant l’indétermination. Les lois de la mécanique classique ne s’effacent pas ; elles deviennent simplement des cas particuliers, de rares exceptions dans un univers dominé par l’aléatoire. Ce qui, à notre échelle, relève de l’absurde, se produit sans effort chez les particules.
Peut-on vraiment traverser un mur ? Ce que dit la science
La science ne s’arrête pas à l’étrangeté : elle la quantifie, l’expérimente, la mesure. L’effet tunnel, loin d’être une spéculation, est un fait observé. Chez l’électron, par exemple, des chercheurs ont déterminé le temps qu’il met à traverser une barrière à l’intérieur d’un atome d’hydrogène : moins de 1,8 attoseconde. Pour des atomes de rubidium, confinés dans des pièges magnétiques et confrontés à une barrière de 1,3 micron, la traversée s’effectue en 0,6 milliseconde. Ces exploits de mesure s’appuient sur la précession du spin des atomes, une propriété quantique qui agit comme une boussole et révèle le passage de la particule.
Mais transposer ce phénomène à notre main, c’est une autre histoire. Chaque doigt, chaque cellule, chaque atome de la main devrait « tunneliser » au même instant à travers la barrière. La probabilité que cela se produise simultanément pour des milliards de particules frise l’infinitésimal. On pourrait attendre l’âge de l’univers, multiplier les tentatives, rien n’y ferait : l’événement reste hors de portée du réel. La science, ici, ne laisse aucune place au fantasme.
Retenons deux points majeurs :
- L’effet tunnel est réel et mesurable pour des systèmes subatomiques
- À notre échelle, la probabilité de traverser un mur par ce procédé est ridiculement faible, pour ne pas dire inexistante
Probabilité, effet tunnel et autres surprises du monde quantique
Calculer la probabilité qu’une main traverse un mur s’apparente à une provocation mathématique. La fonction d’onde, au cœur de la physique quantique, évalue la possibilité pour une particule de se trouver ici ou là, même dans les zones « interdites ». L’effet tunnel autorise une particule à franchir une barrière, mais quand il s’agit d’objets macroscopiques, la probabilité s’effondre. Les calculs donnent des chiffres si dérisoires qu’aucun superordinateur n’aurait la patience d’attendre que l’événement se produise.
Les expériences sur l’électron et l’atome de rubidium illustrent la rapidité du phénomène : 1,8 attoseconde pour un électron, 0,6 milliseconde pour un atome. Ces exploits reposent sur des dispositifs sophistiqués : champs magnétiques, impulsions laser, mesures précises du spin. Mais lorsqu’on applique ces raisonnements aux objets du quotidien, la physique quantique met le holà. La possibilité existe, certes, sur le papier. Dans les faits, elle est si faible qu’elle en devient absurde.
Cette étrangeté n’a pourtant rien d’anecdotique : l’effet tunnel est à la base des technologies les plus avancées. Il rend possible le fonctionnement des transistors, donc de tous nos ordinateurs. Il permet la fusion nucléaire au cœur du Soleil, façonne la recherche en informatique quantique et permet d’observer la matière à l’échelle atomique avec le microscope à effet tunnel. La frontière entre science et fiction, dans ce domaine, se déplace selon l’échelle à laquelle on s’intéresse.
Vers une meilleure compréhension des limites et des possibilités de la physique
Le tunnel quantique n’est ni une exception ni une simple curiosité : il irrigue la science et la technologie modernes. Le transistor, pilier de l’électronique, doit son existence à ce phénomène. Le microscope à effet tunnel cartographie la surface de la matière à l’échelle atomique. Les qubits des ordinateurs quantiques, eux aussi, exploitent la capacité des particules à franchir des barrières. Même la fusion nucléaire au sein des étoiles en dépend.
La notion de barrière infranchissable, si évidente à notre échelle, perd toute signification pour les particules. À l’université de Toronto, l’équipe d’Aephraim Steinberg a chronométré la traversée d’atomes de rubidium : 0,6 milliseconde pour franchir une barrière d’un micron. À l’université Griffith, Igor Litvinyuk a mesuré le passage d’un électron dans l’hydrogène en moins de 1,8 attoseconde. Ces résultats, publiés dans Nature et Scientific American, repoussent les limites de la connaissance expérimentale.
| Application | Technologie fondée sur l’effet tunnel |
|---|---|
| Électronique | Transistor |
| Imagerie atomique | Microscope à effet tunnel |
| Calcul | Ordinateur quantique, qubit |
| Énergie stellaire | Fusion nucléaire solaire |
Ce qui demeure verrouillé pour notre main est, pour l’électron, un simple détour. La mécanique quantique, loin d’être une étrangeté marginale, est la charpente silencieuse qui façonne notre univers et nos technologies. Elle rappelle, à chaque instant, que la réalité dépasse souvent les limites de notre imagination.
