Intrication et décohérence en cosmologie et dans les expériences de gravité analogue

par Amaury Micheli

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Christos Charmousis et de Jérôme Martin.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de Physique en Ile de France , en partenariat avec Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie (laboratoire) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 01-09-2019 .


  • Résumé

    En 1974 S. Hawking prédit en utilisant la théorie des champs en espace-temps courbes que les trous noirs émettent des paires de particules fortement intriquées. Dans le même cadre en 1990 L. Grishchuk et V. Sidorov prédisent que les perturbations cosmologiques sont dans un état similaire. Dans les deux cas une mesure directe de l'intrication semble impossible. Seule une particule de la paire émise s'échappe du trou noir rendant une mesure de l'intrication impossible et en 1995 A. Starobinski et D. Polarski prédisent que la mesure du caractère quantique des perturbations cosmologiques est empêchée par l'inobservabilité du mode décroissant de l'inflaton. Cependant, dès 1981, W. Unruh a proposé de concevoir des expériences de matière condensée permettant de tester les prédictions de la théorie des champs en espace-temps courbes et rendant en principe mesurable l'intrication. A partir de 2008 plusieurs groupes ont réalisé des expériences tentant d'observer les propriétés des quasi-particules émises, soit par l'analogue d'un trou noir, soit par celui d'un univers en expansion. En 2016 J. Steinhauer affirme avoir réussi a mesurer l'intrication des particules spontanément émises par un trou noir analogue. En revanche dans d'autre expériences, comme Jaskula et al. en 2012, la corrélation n'a pas été observée probablement détruite par les non-linéarités du système. Le sujet de thèse consiste à analyser et quantifier la destruction des corrélations, dans les situations cosmologiques et analogues, et a identifier les observables et les conditions optimales d'observabilité du caractère quantique. L'objectif est d'évaluer a neuf la possibilité expérimentale de son observation, soit en utilisant de nouvelles observables, pour la cosmologie, soit en fixant de nouvelles conditions expérimentales pour les expériences analogues.

  • Titre traduit

    Entanglement and decoherence in cosmology and in analogue gravity experiments


  • Résumé

    In 1974 S. Hawking predicted using Quantum Field Theory (QFT) in curved space-time that black holes emit pairs of strongly entangled particles. Using the same framework L. Grishchuk and V. Sidorov predicted in 1990 that the cosmological perturbations are in a similar quantum state. In both cases a direct measurement of entanglement seems impossible. Only one particle of the emitted pair exits the black hole making the measurement of entanglement impossible and in 1995 A. Starobinski and D. Polarski predicted that the measurement of the quantum character of cosmological perturbations is precluded by the inobservability of the decaying mode of the inflaton field. However already in 1981 W. Unruh had put forward the idea of designing condensed matter experiments to test the predictions of QFT in curved space-time, making in principle entanglement measurable. Since 2008 several groups have performed experiments trying to observe the properties of quasi-particles emitted either by an analogue black hole or by the analogue of an expanding universe. In 2016 J. Steinhauer claimed to have measured the entanglement in between spontaneously emitted phonons. On the other hand other experiments failed to witness the correlation, as Jaskula et al. in 2012, probably because it was destroyed by the non-linearities of the system. This PhD aims at analysing and quantifying the destruction of correlations, in both analogue and cosmological situations, and to identify the observables and optimal conditions for observability of the quantum character. The goal is to assess anew the experimental feasibilty of its observation either using new observables for cosmology or designing new experimental conditions for the analogue case.