Les ressources éducatives de Perimeter donnent vie à la science quantique

Utiliser des analogies du quotidien pour expliquer la physique quantique — l’un des modèles fondamentaux qui décrivent la nature de notre univers — comporte son lot de bizarreries. Par exemple, pour comprendre une propriété appelée « spin de l’électron », on invite souvent à imaginer une balle qui tourne : sauf qu’il n’y a pas de balle, et qu’elle ne tourne pas vraiment.

Comprendre le monde abstrait de la mécanique quantique peut être un vrai défi. « La physique quantique, c’est abstrait, c’est difficile à saisir », explique Damian Pope, scientifique en vulgarisation à l’Institut Perimeter. « Beaucoup de gens apprennent mieux lorsqu’ils peuvent manipuler quelque chose de concret. »

C’est là que l’équipe de sensibilisation de Perimeter entre en scène. Les programmes et ressources de l’Institut misent sur des activités pratiques pour donner vie aux STIM — y compris la physique quantique — auprès des élèves, des enseignants et des esprits curieux de tous âges.

Leur toute dernière ressource pédagogique, La technologie quantique, est le point de départ idéal pour les enseignants qui découvrent la physique quantique et cherchent des activités amusantes, accessibles et concrètes.

Et les chiffres parlent d’eux-mêmes : les gens ont soif de physique quantique. En 2024, Le modèle quantique de l’atome a été l’affiche éducative la plus téléchargée parmi une série offerte gratuitement par Perimeter. Et une ressource avancée pour les élèves de 11e et 12e année, Au-delà de Bohr : une approche quantique de l’atome, s’est classée parmi les cinq ressources pédagogiques les plus téléchargées de 2024.

Amener la physique quantique en classe

Les élèves s’intéressent particulièrement à la physique quantique, affirme Lorraine Blackwell, gestionnaire de programme en sensibilisation à l’enseignement à l’Institut Périmètre. « Les élèves posent des questions à leurs enseignants, et ces derniers n’ont pas toujours les réponses », dit-elle. « Nous avons un vaste réseau mondial d’enseignant·e·s qui téléchargent les ressources de Perimeter pour les utiliser en classe. »

Les ressources de Perimeter offrent de l’information de grande qualité et accessible pour accompagner les enseignant·e·s et les élèves du monde entier dans leur parcours d’apprentissage.

Ashley McCarl Palmer et Dave Fish, deux des enseignants en résidence à l’Institut Périmètre, affirment qu’il est important que le public ait accès à des ressources quantiques de haute qualité. La physique quantique est une science fondamentale derrière de nombreuses technologies actuelles; il faut donc fournir aux élèves et aux enseignant·e·s les outils nécessaires pour réussir dans le futur. Des lasers des lecteurs de codes-barres dans les supermarchés aux boîtes quantiques des téléviseurs haute définition, la physique quantique est omniprésente.

L’équipe de sensibilisation propose des guides détaillés pour ce qu’elle appelle la « physique de cuisine » – des expériences et des modèles à construire avec des matériaux simples et peu coûteux. Avec quelques gobelets en carton, du sable coloré et un film plastique, les élèves peuvent recréer l’infâme expérience des fentes de Young, qui démontre que la lumière se comporte à la fois comme une particule et une onde.

Distinguer la science de la fiction

Les élèves sont curieux de tous les aspects « étranges » de la physique quantique, explique Damian Pope. Avec la popularité de blockbusters comme Ant-Man et la Guêpe : Quantumania de Marvel, les jeunes tentent de faire le tri entre la science-fiction et la science réelle. Mais Pope voit cette curiosité comme un bon point de départ.

“If people are curious, if they’ve got that hunger to learn, I try to build on that,” Pope says. “The worst is if they didn’t have any questions.”

Les ressources de l’Institut Périmètre visent à tirer parti de l’enthousiasme autour de la physique quantique tout en dissipant les mythes qui l’entourent, explique Lorraine Blackwell. L’objectif de l’équipe est d’aider les élèves et les enseignant·e·s à comprendre le processus scientifique et à devenir des consommatrices et consommateurs critiques de l’information.

L’éthique de la physique quantique

« L’industrie quantique est en pleine croissance, particulièrement au Canada, et pour développer cette technologie de manière efficace et responsable, il faut miser sur l’éducation », explique Bindiya Arora, boursière PSI et co-responsable du groupe de travail sur l’éthique en physique de l’Institut Périmètre, dont la mission est de sensibiliser le public au développement responsable des technologies quantiques. « Il faut former les élèves de manière globale afin qu’ils puissent prendre des décisions éclairées sur leurs options de carrière. »

Améliorer la littératie scientifique en matière de physique quantique dépasse le cadre de la salle de classe : cela concerne aussi le grand public. Bindiya Arora souligne que l’histoire de l’intelligence artificielle – et les excès qui l’ont entourée – offre des leçons importantes pour guider une éducation responsable en physique quantique aujourd’hui.

Le terme « hiver de l’IA » fait référence aux promesses exagérées sur les bienfaits de l’intelligence artificielle au siècle dernier, qui ont fini par nuire à la confiance du public. Arora cite un article de Joan Arrow, fondatrice et PDG du Quantum Ethics Project, qui retrace cette histoire : dans les années 1950, les chercheurs ont grandement vanté les mérites de l’IA, sans toutefois disposer de ressources suffisantes pour soutenir ces affirmations. Même si les gouvernements et des groupes privés ont investi dans le développement de l’IA pendant un temps, le manque d’infrastructure a mené à une perte de confiance généralisée envers la technologie.

“And it’s only in the last few years, when we had the infrastructure to build AI, that AI has revived. So we don’t want to make the same mistakes by overhyping and overpromising any field.”

En même temps, Arora souligne qu’un excès de scepticisme face aux technologies quantiques serait tout aussi problématique. Une éducation responsable peut offrir une vision équilibrée de ces technologies, permettant au public et aux décideurs de prendre des décisions éclairées quant aux investissements et à la réglementation.

Au bout du compte, apprendre la physique quantique et découvrir le fonctionnement de l’univers, c’est fascinant. « C’est le meilleur modèle que l’humanité ait développé pour expliquer la nature », dit Damian Pope. « Au fond, la physique quantique décrit et explique pourquoi vos céréales ont tel goût, ou comment le lait se mélange à votre café. »

« Je crois que c’est l’une des créations les plus extraordinaires de l’humanité – au même titre que Shakespeare ou Mozart, comme accomplissement culturel. »

Prêt à plonger dans le monde de la physique quantique? Voici une liste de ressources éducatives proposées par l’Institut Périmètre. Il y en a pour tous les goûts, que vous soyez enseignant, élève ou simplement passionné de science.

Quantum education resources

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