Une étude, dont les résultats intitulés «Einstein–Bohr recoiling double-slit gedanken experiment performed at the molecular level» ont été publiés dans la revue Nature Photonics, a permis, grâce aux rayons X du synchrotron Soleil, de réaliser concrètement au niveau moléculaire une expérience de pensée imaginée par Albert Einstein et Niels Bohr, il y a 80 ans afin d'éclaircir le problème de la dualité onde/particule de la lumière.

L'expérience idéale, dite «de pensée» car irréalisable avec la technologie de l’époque, reprend le concept des fentes de Young en faisant de plus en sorte que l'une des deux fentes serait mobile, «comme attachée à un ressort, actionné par le passage d’un photon de lumière», ce qui revient à dire que lors de son passage, ce photon aurait «'transféré une quantité de mouvement' à la fente mobile ce qui devrait pouvoir en principe être mesuré grâce au ressort».

En 2001, l’équipe de Serge Haroche, qui a montré qu’il est possible de manipuler individuellement des atomes, a abordé un des aspects de l’expérience de pensée d’Einstein et Bohr en explorant «expérimentalement le passage continu du monde classique au monde quantique», ce qui lui vaudra, en 2012, le prix Nobel de physique.

Cependant, cette expérience «ne faisait pas intervenir littéralement le transfert de quantité de mouvement entre la particule et la fente, imaginé par les deux débatteurs, même si l’on peut considérer qu’elle en offrait une analogie dans l'espace d’états quantiques du système observé».

Aujourd'hui, dans le cadre de l'étude ici présentée, le concept de l'expérience de pensée d’origine est totalement respecté: comme le transfert de quantité de mouvement «ne pouvait pas s’observer par une «fente» mécanique, massive, mais seulement par une analogie physique, où la «fente» est très légère, réduite à un seul atome», l'expérience a consisté «à exciter une seule molécule formée de deux atomes d’oxygène par un seul photon X, puis à observer l’émission d’électron lorsqu’elle se relaxe», la simulation de la procédure des deux fentes de Young est reliée à l'identification ou non de l'atome de ce couple qui est l’émetteur de l’électron.

Plus précisément deux cas de figure se présentent :

• «Si l’émission a lieu à moins de une ou deux femtosecondes (soit 0 seconde virgule 14 zéros, puis un ou deux) après l’excitation, il est impossible d’identifier l’atome émetteur»,car «l’électron émis transfère de la quantité de mouvement à l’ensemble des deux atomes, encore solidement liés l’un à l’autre», ce qui «donne lieu à une jolie figure d’interférence».

• «si l’émission a lieu plus tard (disons cinq femtosecondes après l’excitation), lorsque les deux atomes sont dissociés (pouvant être considérés comme indépendants) il est possible de mesurer la quantité de mouvement transférée à un seul des deux atomes, celui qui l’a émis», ce qui identifie «la 'voie de passage' pour reprendre le vocabulaire de l’expérience de Young» ne provoquant pas de franges d’interférence.

Cette expérience, qui illustre la complémentarité Onde/particule, donne ainsi raison à Niels Bohr puisque «si l’on est capable de mesurer la quantité de mouvement transférée à la fente, alors la figure d’interférence disparaît».