100 Chapitre 4
Introduction au monde quantique
Fentes
Écran
x
Interférences
Figure 4.2.
Expérience des
fentes d’Young.
Figure 4.3. Simulation numérique d’impacts des photons.
L’aspect corpusculaire de la lumière se manifeste par les impacts aléatoires des photons sur le
détecteur. Pour un très grand nombre d’impacts, la répartition de ces derniers est non uniforme :
on observe effectivement des zones où la probabilité d’avoir un impact est grande (interférences
constructives) et des zones où la probabilité est très faible voire nulle (interférences destructives).
La répartition des impacts correspond à la figure d’interférence prévue par la théorie ondulatoire
de la lumière.
Ces observations confirment le double aspect de la lumière : à la source puis au niveau du
détecteur, un photon unique est créé puis détecté, la lumière se comporte comme une particule.
La figure d’interférences indique quant à elle que la lumière s’est comportée comme une onde en
se propageant dans le dispositif interférentiel. Nous pouvons alors conclure que chaque photon a
interféré avec lui-même après « être passé par les deux voies » du dispositif expérimental.
2 Dualité onde-particule pour la matière
La lumière possédant un double aspect ondulatoire et corpusculaire, il est légitime de se demander
si une particule élémentaire possédant une masse, comme par exemple l’électron, peut elle aussi se
comporter comme une onde.
Pour mettre en évidence le comportement ondulatoire des électrons, nous avons réalisé une expérience de diffraction d’électrons s’inspirant de celle que C. J. Davisson et L. H. Germer ont mis en
œuvre en 1927 (diffraction d’électrons par un cristal de nickel). Dans un tube en verre sous vide
(figure 4.4), un filament en tungstène chauffé à incandescence émet des électrons, qui sortent par
l’orifice percé dans la cathode. L’anode est un anneau porté à un potentiel U > 0 par rapport
à la cathode, ce qui permet d’accélérer les électrons. Ceux-ci rencontrent une membrane en graphite polycristalline et sont détectés par un dépôt fluorescent disposé sur l’extrémité de l’ampoule
sphérique, de diamètre 100 mm. Une caméra enregistre la projection de la figure de diffraction, de
symétrie radiale. On note r la distance à l’axe. Pour obtenir la courbe I(r) d’intensité en fonction
du rayon, on extrait d’une image 200 profils radiaux dont on calcule la moyenne.
partagelivrescpge.blogspot.com
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Fentes
Écran
x
Interférences
Figure 4.2.
Expérience des
fentes d’Young.
Figure 4.3. Simulation numérique d’impacts des photons.
L’aspect corpusculaire de la lumière se manifeste par les impacts aléatoires des photons sur le
détecteur. Pour un très grand nombre d’impacts, la répartition de ces derniers est non uniforme :
on observe effectivement des zones où la probabilité d’avoir un impact est grande (interférences
constructives) et des zones où la probabilité est très faible voire nulle (interférences destructives).
La répartition des impacts correspond à la figure d’interférence prévue par la théorie ondulatoire
de la lumière.
Ces observations confirment le double aspect de la lumière : à la source puis au niveau du
détecteur, un photon unique est créé puis détecté, la lumière se comporte comme une particule.
La figure d’interférences indique quant à elle que la lumière s’est comportée comme une onde en
se propageant dans le dispositif interférentiel. Nous pouvons alors conclure que chaque photon a
interféré avec lui-même après « être passé par les deux voies » du dispositif expérimental.
2 Dualité onde-particule pour la matière
La lumière possédant un double aspect ondulatoire et corpusculaire, il est légitime de se demander
si une particule élémentaire possédant une masse, comme par exemple l’électron, peut elle aussi se
comporter comme une onde.
Pour mettre en évidence le comportement ondulatoire des électrons, nous avons réalisé une expérience de diffraction d’électrons s’inspirant de celle que C. J. Davisson et L. H. Germer ont mis en
œuvre en 1927 (diffraction d’électrons par un cristal de nickel). Dans un tube en verre sous vide
(figure 4.4), un filament en tungstène chauffé à incandescence émet des électrons, qui sortent par
l’orifice percé dans la cathode. L’anode est un anneau porté à un potentiel U > 0 par rapport
à la cathode, ce qui permet d’accélérer les électrons. Ceux-ci rencontrent une membrane en graphite polycristalline et sont détectés par un dépôt fluorescent disposé sur l’extrémité de l’ampoule
sphérique, de diamètre 100 mm. Une caméra enregistre la projection de la figure de diffraction, de
symétrie radiale. On note r la distance à l’axe. Pour obtenir la courbe I(r) d’intensité en fonction
du rayon, on extrait d’une image 200 profils radiaux dont on calcule la moyenne.
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