Au minigolf, un joueur doit frapper la balle au moyen d'une canne pour l'envoyer dans un trou. Pour augmenter la difficulté, une bosse sépare souvent le point de départ et le trou. Une balle gravissant un tel obstacle voit son énergie cinétique se transformer progressivement en énergie potentielle. Si son énergie initiale est insuffisante, elle s'arrête avant d'atteindre le sommet et repart en sens inverse. Toutefois, si cette balle se comportait selon les lois de la physique quantique, qui régit le monde microscopique, elle aurait malgré tout une certaine probabilité de passer la barrière que constitue cette bosse. C'est cet effet que les physiciens nomment «effet tunnel».
Pour tenter de déterminer le temps que met un «objet» quantique pour traverser une barrière par effet tunnel, les physiciens ont réalisé une expérience similaire à celle du minigolf. Ils ont pris deux balles quantiques - des photons - et leur ont fait parcourir la même distance. Un des deux photons devait en outre traverser une bosse, sous la forme d'un miroir (bien que réfléchi par le miroir avec une haute probabilité, le photon a quand même une certaine probabilité de le traverser). En mesurant le temps d'arrivée de ces ceux photons, ils ont observé que celui traversant la barrière arrivait en avance.
Cela n'indique toutefois pas que le photon voyage à l'intérieur de la barrière plus vite que la vitesse de la lumière. En fait, contrairement à ce qui se passe avec une balle de golf, il n'est pas possible de définir précisément la position d'un photon. On parle plutôt de paquet d'onde, en définissant la région de l'espace où il a une probabilité non nulle de se trouver (voir figure ci-dessous). La probabilité de la trouver en un certain point lors d'une mesure dépend ainsi de la hauteur du paquet en ce point. Lorsqu'un tel paquet d'onde atteint une barrière, sa tête à une probabilité plus importante de la traverser par effet tunnel que son corps ou sa queue. Le paquet passant par la barrière change de forme et son centre se trouve ainsi en avance par rapport au centre du paquet ayant voyagé dans le vide, donnant ainsi l'illusion qu'il a voyagé plus vite. En réalité, ce paquet transmis se trouve toujours «à l'intérieur» de l'autre paquet. La théorie de Einstein n'est ainsi pas violée. Il va de soi que cet effet ne permet ainsi pas de communiquer plus vite que la vitesse de la lumière.
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Cette réponse a été préparée par Gregoire.Ribordy@physics.unige.ch