"'O
0
c
:J
0
lil
.-t
0
N
@
.......
..c
O'l
·;::::
> a.
0
u
Chapitre 10 • Le photon : une introduction à la physique quantique
10.4.3 Discussion
Prenons 1' exemple de 1 'expérience du biprisme éclairé par un faisceau lumineux très
atténué dans lequel les photons se présentent de manière isolée à l'entrée du dispositif
et considérons les trois situations suivantes :
• 1) On bloque la lumière issue du prisme P2. L' onde plane A1 passe seule. L'éclairement sur le CCD est uniforme et il n'y pas de phénomène d'interférence. La
probabilité Proba 1 obtenue dans ce cas ne dépend pas de la position,
• 2) On bloque la lumière issue du prisme P 1 . L'onde plane A2 passe seule, il n'y
pas d' interférence et la probabilité Proba2 est uniforme,
• 3) On laisse passer toute la lumière : les deux ondes passent, se superposent et
interfèrent. La probabilité Proba 1 +2 n'est plus uniforme.
On a donc:
Proba 1 +2 * Proba1 + Proba2
(10.13)
Supposons un instant que le photon soit une particule classique à laquelle on peut
attribuer une trajectoire bien défi.nie : il passe donc soit par le prisme supérieur, soit
par le prisme inférieur, et la probabilité de trouver le photon en un point donné du
CCD doit être la somme de celles des deux configurations exclusives 1 et 2. Cette
hypothèse implique donc que Proba1+2 = Proba1 + Proba2.
Comme cette égalité n'est pas satisfaite par le photon, on en conclut que celui-ci
n' est pas une particule classique dont on peut connaître à tout instant la position.
Pour décrire ses propriétés, il faut à la fois considérer la lumière comme une onde
dont on ajoute les amplitudes, et comme une particule dont la probabilité de présence
est liée au carré du module de l'amplitude de cette onde. On constate en particulier
qu'à l'emplacement des franges noires, où il y a interférence parfaitement destructive
pour l'onde, on peut dire avec certitude que le photon ne sera jamais détecté en ces
points. De la même manière que de la lumière plus de la lumière peut donner une
absence de lumière, on peut dire que pour le photon « de la probabilité plus de la
probabilité peut donner une probabilité nulle ».
10.5 BILAN
Ce chapitre nous a permis de voir que des expériences finalement assez courantes
nécessitent une description de la lumière allant au-delà de la physique classique pour
être interprétées. Il faut admettre que la lumière a aussi un aspect à la fois « granulaire» et aléatoire. La dualité onde corpuscule pour la lumière s'exprime par les
relations E = rzw, p = rzk. Nous avons vu que les échanges d'énergie au niveau microscopique se faisaient photon par photon, en respectant la relation hv = E 2 - E 1 . Les
phénomènes quantiques isolés ont un caractère intrinsèquement aléatoire, et 1 'on ne
156
0
c
:J
0
lil
.-t
0
N
@
.......
..c
O'l
·;::::
> a.
0
u
Chapitre 10 • Le photon : une introduction à la physique quantique
10.4.3 Discussion
Prenons 1' exemple de 1 'expérience du biprisme éclairé par un faisceau lumineux très
atténué dans lequel les photons se présentent de manière isolée à l'entrée du dispositif
et considérons les trois situations suivantes :
• 1) On bloque la lumière issue du prisme P2. L' onde plane A1 passe seule. L'éclairement sur le CCD est uniforme et il n'y pas de phénomène d'interférence. La
probabilité Proba 1 obtenue dans ce cas ne dépend pas de la position,
• 2) On bloque la lumière issue du prisme P 1 . L'onde plane A2 passe seule, il n'y
pas d' interférence et la probabilité Proba2 est uniforme,
• 3) On laisse passer toute la lumière : les deux ondes passent, se superposent et
interfèrent. La probabilité Proba 1 +2 n'est plus uniforme.
On a donc:
Proba 1 +2 * Proba1 + Proba2
(10.13)
Supposons un instant que le photon soit une particule classique à laquelle on peut
attribuer une trajectoire bien défi.nie : il passe donc soit par le prisme supérieur, soit
par le prisme inférieur, et la probabilité de trouver le photon en un point donné du
CCD doit être la somme de celles des deux configurations exclusives 1 et 2. Cette
hypothèse implique donc que Proba1+2 = Proba1 + Proba2.
Comme cette égalité n'est pas satisfaite par le photon, on en conclut que celui-ci
n' est pas une particule classique dont on peut connaître à tout instant la position.
Pour décrire ses propriétés, il faut à la fois considérer la lumière comme une onde
dont on ajoute les amplitudes, et comme une particule dont la probabilité de présence
est liée au carré du module de l'amplitude de cette onde. On constate en particulier
qu'à l'emplacement des franges noires, où il y a interférence parfaitement destructive
pour l'onde, on peut dire avec certitude que le photon ne sera jamais détecté en ces
points. De la même manière que de la lumière plus de la lumière peut donner une
absence de lumière, on peut dire que pour le photon « de la probabilité plus de la
probabilité peut donner une probabilité nulle ».
10.5 BILAN
Ce chapitre nous a permis de voir que des expériences finalement assez courantes
nécessitent une description de la lumière allant au-delà de la physique classique pour
être interprétées. Il faut admettre que la lumière a aussi un aspect à la fois « granulaire» et aléatoire. La dualité onde corpuscule pour la lumière s'exprime par les
relations E = rzw, p = rzk. Nous avons vu que les échanges d'énergie au niveau microscopique se faisaient photon par photon, en respectant la relation hv = E 2 - E 1 . Les
phénomènes quantiques isolés ont un caractère intrinsèquement aléatoire, et 1 'on ne
156