Serge Haroche : cantique du quantique

Serge Haroche : cantique du quantique

Serge Haroche a été récompensé du prix Nobel de physique 2012, avec l'Américain David Wineland, pour ses travaux en optique quantique. En 2009, Le Monde avait rencontré le chercheur français. Revoici son portrait paru le 3 juin 2009.

Dans son bureau de l'Ecole normale supérieure (ENS), un tableau couvert de schémas et de formules bizarroïdes. Lui parle de peinture, d'opéra. Ses autres passions. Entre la science et l'art, il sent des "résonances". L'une et l'autre produisent "des choses mystérieuses". L'astronomie de Galilée est soeur des clairs-obscurs du Caravage. Profitant d'un congrès scientifique à Vienne, il vient de revoir les toiles de Schiele et de Klimt. L'"effervescence" et l'"inquiétude" qui les habitent sont les mêmes que celles qui entourent l'éclosion de la physiquequantique, dans l'Europe tourmentée du début du XXe siècle.

Serge Haroche ne regarde pas la réalité avec les mêmes yeux que nous. Pour lui, une chose n'est pas blanche ou noire. Elle peut être simultanément blanche et noire. Mieux, elle ne se trouve pas ici ou là, mais peut-être à la fois ici et là. Chez lui, une porte n'est pas ouverte ou fermée. Elle peut être en même temps ouverte et fermée, aux deux extrémités de la pièce. Auprès de lui, un être n'est pas vivant ou mort. Il peut être dans le même temps vivant et mort, quelque part et ailleurs... Bienvenue dans le monde déroutant de la physique quantique !

Dans cet univers paradoxal, où les certitudes sont aléatoires et les vérités contre-intuitives, un fait reste sûr : ici et maintenant, Serge Haroche est le lauréat de la médaille d'or du CNRS, la plus prestigieuse distinction scientifique française. Retour dans le monde normal.

Cheveu noir piqué de blanc, veste sombre sur chemise claire, geste ferme et verbe fluide, le chercheur n'a pas son pareil pour vous prendre par la main et vousguider - un "passeur d'idées", disent ses collègues -, de l'un à l'autre de ces deux mondes. L'expérience est aussi radicale que le passage de l'impressionnisme au cubisme. D'un côté, les lois de la physique classique, qui décrivent la nature à notre mesure et à celle, plus grande encore, des planètes et des galaxies. De l'autre, les principes de la physique quantique, qui s'appliquent aux atomes, aux particules élémentaires et à l'infiniment petit.

A cette échelle, explique-t-il, la matière peut être en "superposition", dans plusieurs niveaux d'énergie à la fois. Et, du fait de sa double nature de corpuscule et d'onde, être localisée en différents endroits. La diablerie est que toute intervention extérieure - à commencer par une mesure scientifique - lève l'ambiguïté, en forçant la matière à adopter un état ou une position unique. C'est la "décohé rence". Voilà pourquoi, dans la vie courante, où un corps est soumis à l'influence de son environnement, les états superposés sont si fugaces qu'ils sont insaisissables. En sorte qu'une chose est soit blanche soit noire, une porte tantôt ouverte et tantôt fermée, un être jamais mort-vivant.

La superposition et la "décohérence", Serge Haroche les a connues enfant. Né à Casablanca d'un père juif marocain, avocat, et d'une mère d'origine russe, enseignante, il quitte le Maroc à 12 ans, quand le pays obtient son indépendance. Sa famille préfère ses attaches avec la France, tissées par ses grands-parents, directeurs de l'Alliance française.

Reçu major à l'X, il opte, plutôt que pour une carrière de grand capitaine d'industrieou de grand commis de l'Etat, pour la recherche, à Normale-Sup - l'ENS. Il s'intéresse aux interactions entre atomes et rayonnement : une façon de "comprendre le monde au niveau le plus fondamental, puisque toutes les informations que nous recevons de notre environnement passent par la lumière". C'est l'époque, les années 1960, où la science optique vit une révolution, où les physiciens apprennent à piéger et à manipuler la matière avec la lumière. Sa thèse portera sur "l'atome habillé", jolie formule décrivant comment une particule interagit avec les grains de lumière (les photons) qui l'entourent.

ll est à l'école des meilleurs : Alfred Kastler (Nobel de physique en 1966), Jean Brossel, Claude Cohen-Tannoudji (Nobel en 1997). Recruté au CNRS à 23 ans, il est bientôt nommé professeur à l'université Pierre-et- Marie-Curie. La physique quantique n'en est plus à ses balbutiements, la théorie est solidement établie. Ce qui est nouveau, c'est que les outils modernes permettent de la vérifier.

Les grands anciens, Einstein, Bohr et les autres, en étaient réduits à des "expériences de pensée" virtuelles. Comme celle, fameuse, de Schrödinger, où un chat est suspendu entre la vie et la mort. Serge Haroche, lui, réussit à apprivoiseratomes et photons. Il parvient à mettre en boîte une superposition quantique et àsuivre en temps réel sa perte de cohérence. Puis à détecter un photon sans le détruire : un tour de force, puisqu'un grain de lumière disparaît aussitôt qu'il est vu par notre oeil ou par un capteur, qui le transforment en signal chimique ou électrique.

Son laboratoire, un caveau au sous-sol de l'ENS, a tout de l'atelier du bricoleur, bardé de tuyaux, de tubes et de cylindres enveloppés de papier aluminium. Mais il recèle un bijou de technologie. Un boîtier aux parois ultraréfléchissantes, refroidi à une température proche du zéro absolu, où un photon peut être emprisonné suffisamment longtemps - 13 centièmes de seconde, le temps de rebondir plus de 1 milliard de fois et de parcourir 40 000 km, soit la circonférence de la Terre - pourprovoquer un infime décalage dans le battement (la transition entre deux niveaux d'énergie) d'atomes injectés, à la queue leu leu, dans le réceptacle. Et manifesterainsi son existence. "Un travail collectif", insiste Serge Haroche, impossible sans l'équipe constituée avec deux de ses anciens élèves, Jean-Michel Raimond etMichel Brune.

L'Electrodynamique quantique en cavité, dont il est l'un des chefs de file, pourrait déboucher sur les systèmes d'information et de cryptage de demain. Mais, à ses yeux, "la recherche ne se justifie pas par ses retombées économiques, comme le système d'attribution des crédits pousse à le faire". Il s'agit, pense-t-il, "d'une marque de culture et de civilisation, aussi noble que l'art".

Voilà pourquoi un gouvernement devrait "favoriser la recherche fondamentale". Ne pas décourager "l'enthousiasme des jeunes chercheurs" par des conditions matérielles "misérables". Et "mettre beaucoup d'argent dans la formation". Une tâche prioritaire qui, à l'heure où se développe "un inquiétant esprit antiscientifique", fait des enseignants "les dépositaires, bien plus que les banquiers, de la richesse d'un pays".

Loin de s'enfermer dans sa cavité d'ivoire, Serge Haroche possède, de l'honnête homme, "la curiosité pour ses semblables, la hauteur de vue, et l'humour", disent ses proches. Il le doit pour beaucoup, dit-il, à son épouse, anthropologue et sociologue. La superposition quantique ne manque finalement pas de cohérence.

Pierre Le Hir