John Bell

John Stewart Bell était un physicienphysicien théoricien dont les travaux portant sur les fondements de la mécanique quantiquemécanique quantique sont devenus célèbres à la suite de l'expérience d'Alain Aspect et ses collègues portant sur l'effet EPR en 1982. Elle consistait à vérifier si le comportement de paires de photonsphotons polarisés violait ou non des inégalités découvertes par John Bell en 1964.

Ces inégalités découlaient des travaux d'EinsteinEinstein, Podolski et Rosen datant de 1935, tentant de démontrer que l'utilisation des probabilités en mécanique quantique n'était pas fondamentale. Tout comme pour la théorie cinétique des gazgaz classiques, Einstein et d'autres chercheurs comme Louis de BroglieLouis de Broglie et David Bohm pensaient que l'apparition de ces probabilités provenait de l'ignorance des valeurs de certaines variables dans une théorie plus complète, plus profonde que la mécanique quantique, et déterministe comme l'était la mécanique classique.

Les inégalités de John Bell sont considérées comme l'un des résultats les plus importants de la physique du XX^e siècle. Leur test en 1982 grâce aux expériences d'Alain Aspect et ses collègues ont  révélé que le phénomène d'intrication quantique était réel, ce qui a stimulé les travaux sur l'information quantique. Les conséquences philosophiques des travaux de Bell sont profondes. © Joachim Reinhardt/université de Frankfort

John Bell dans les pas d'Einstein et Bohm

Né en Irlande en 1928, John Bell avait montré un intérêt précoce pour les sciences puisqu'il avait annoncé son intention de devenir un chercheur à l'âge de 11 ans. Il deviendra docteur en physiquephysique dans les années 1950. Bien qu'ayant commencé par étudier la physique expérimentale, il terminera sa formation en se spécialisant en physique nucléaire et théorie quantique des champs. Mais c'est le fameux débat entre Einstein et Niels BohrNiels Bohr concernant l'interprétation de la mécanique quantique qui le conduisit à ses travaux les plus célèbres en 1964.

Partisan des idées d'Einstein, ce fut pour lui une révélation quand il découvrit que contrairement à ce qui semblait découler d'un théorèmethéorème du grand mathématicienmathématicien John Von NeumannJohn Von Neumann, les théories à variables cachées de Louis de Broglie et David Bohm étaient en mesure de reproduire certaines des prédictions de la mécanique quantique. Le théorème de Von Neumann qui était supposé interdire de compléter les équationséquations de la mécanique quantique avec des théories à variables cachées déterministes n'était en fait pas assez général.

Des inégalités célèbres

Bell réussit à trouver des inégalités permettant de tester les équations de la mécanique quantique dans le cadre d'une situation expérimentale définie par Einstein, Podolski et Rosen une première fois en 1935 et conduisant à ce que l'on appelle désormais le paradoxe EPR, des noms de ses découvreurs. Il s'agissait d'une expérience manifestant clairement ce que l'on appelle de nos jours le phénomène de l'intrication quantiqueintrication quantique. Il fallut attendre cependant l'année 1982 pour que les progrès de la technologie permettent à Alain AspectAlain Aspect et ses collègues de concrétiser les idées de Bell. L'expérience, basée sur les inégalités de Bell, démontra qu'il n'était pas possible de compléter la mécanique quantique avec des théories à variables cachées dites locales. Il restait possible de le faire avec des théories dites non locales comme celle de Bohm mais on entrait alors en conflit avec la théorie de la relativité restreinterelativité restreinte.

Bell fut troublé par ces résultats et il commença à penser que pour conserver l'espoir d'Einstein de compléter les équations de la théorie quantique il fallait en revenir à une sorte d'étheréther, avec un temps et un espace absolus, comme l'avait proposé Lorentz du temps d'Einstein. Ses réflexions à ce sujet furent interrompues le 1^er octobre 1990 lorsqu'il décéda des suites d'un AVC. En lice pour le prix Nobel, il l'aurait probablement eu s'il avait vécu quelques années de plus. On doit à John Bell aussi des travaux importants sur la notion d'anomalieanomalie en théorie quantique des champs avec celle dite d'Adler-Bell-Jackiw (ABJ).