110 Chapitre 4
Introduction au monde quantique
Exercice 4.3 Onde de matière
L’expérience des fentes d’Young réalisée par F. Shimizu, K. Shimizu et H. Takuma en 1992
avec des atomes de néon est schématisée sur la figure ci-dessous à droite.
a
D
h
#» g
Atomes froids
Écran de
détection
Un nuage d’atomes de néon est capturé et refroidi dans un piège laser puis lâché sans vitesse
initiale à une hauteur h = 3,5 cm par rapport à un écran percé de deux fentes distantes
de a = 6,0 μm. L’écran de détection est placé à une distance D = 85 cm du plan des deux
fentes, enregistrant l’impact de chaque atome. La répartition des impacts sur l’écran (figure
de gauche) révèle une figure d’interférences semblable à celle obtenue en utilisant une onde
lumineuse ou acoustique.
Expérience des fentes d’Young
Données : masse molaire du néon M = 20,2 g · mol
−1 , constante d’Avogadro N A = 6,02 · 10
23 mol
−1 ,
constante de Planck h = 6,63 · 10
−34 J · s et accélération de la pesanteur g = 9,8 m · s
−2 .
1. En étudiant la chute libre d’un atome de néon entre le piège et les fentes, estimer la vitesse
d’un atome lorsqu’il arrive dans le plan des fentes.
2. En déduire alors la longueur d’onde de de Broglie λ des atomes de néon atteignant la bifente.
3. Le calcul de l’interfrange sur l’écran obtenu en envisageant une onde de longueur d’onde λ
éclairant les fentes d’Young conduit à la valeur i =
λD
a
. Calculer i et comparer à la valeur
déduite de la figure. Les ordres de grandeur sont-ils les mêmes ? Comment expliquez-vous l’écart
entre l’interfrange expérimental et celui obtenu à l’aide de la formule proposée ?
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Introduction au monde quantique
Exercice 4.3 Onde de matière
L’expérience des fentes d’Young réalisée par F. Shimizu, K. Shimizu et H. Takuma en 1992
avec des atomes de néon est schématisée sur la figure ci-dessous à droite.
a
D
h
#» g
Atomes froids
Écran de
détection
Un nuage d’atomes de néon est capturé et refroidi dans un piège laser puis lâché sans vitesse
initiale à une hauteur h = 3,5 cm par rapport à un écran percé de deux fentes distantes
de a = 6,0 μm. L’écran de détection est placé à une distance D = 85 cm du plan des deux
fentes, enregistrant l’impact de chaque atome. La répartition des impacts sur l’écran (figure
de gauche) révèle une figure d’interférences semblable à celle obtenue en utilisant une onde
lumineuse ou acoustique.
Expérience des fentes d’Young
Données : masse molaire du néon M = 20,2 g · mol
−1 , constante d’Avogadro N A = 6,02 · 10
23 mol
−1 ,
constante de Planck h = 6,63 · 10
−34 J · s et accélération de la pesanteur g = 9,8 m · s
−2 .
1. En étudiant la chute libre d’un atome de néon entre le piège et les fentes, estimer la vitesse
d’un atome lorsqu’il arrive dans le plan des fentes.
2. En déduire alors la longueur d’onde de de Broglie λ des atomes de néon atteignant la bifente.
3. Le calcul de l’interfrange sur l’écran obtenu en envisageant une onde de longueur d’onde λ
éclairant les fentes d’Young conduit à la valeur i =
λD
a
. Calculer i et comparer à la valeur
déduite de la figure. Les ordres de grandeur sont-ils les mêmes ? Comment expliquez-vous l’écart
entre l’interfrange expérimental et celui obtenu à l’aide de la formule proposée ?
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