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! Atome (état 'If 1 )
Cavité !
Ato1ne (état \j/ 1 ou \If 2)
I l A1esure de l'état
L___J quantique
Exercices et problèmes
Photon piégé dans une cavité. Le dispositif central de l'expérience est une cavité :
deux miroirs se faisant face, situés à 2,7 cm l'un de l'autre.
a) Si l'on injecte de la lumière dans la cavité, elle se retrouve piégée en faisant
des allers-retours entre les deux miroirs. Qu'est ce qui limite le temps pendant
lequel la lumière reste piégée ?
b) Pour que le photon reste piégé dans la cavité, il faut que l'onde associée soit
résonnante avec la cavité, donc que la longueur entre les deux miroirs soit un
multiple entier de sa longueur d'onde. Dans le cas présent, la longueur de la cavité est égale à trois fois la longueur d'onde du photon. Quelle est la fréquence
du photon ? À quel domaine du spectre électromagnétique cela correspond-il ?
c) Dans cette expérience, la lumière reste piégée en moyenne pendant 0, 18 s.
Quelle di stance parcourt la lumière pendant ce temps? Combien effectue-t-elle
de rebonds sur chacun des miroirs avant de s'échapper ?
Un atome pour détecter un photon. On considère un atome dont l'électron
possède deux états quantiques possibles, lg) et le), d'énergie respective Eg et Ee
(avec Eg < Ee). On fait passer l'atome à travers la cavité (voir le dessin plus
haut).
d) L'état initial de l'atome est 11/1 1 ) = ~ (lg) +le)). Si on mesure l'énergie de
l'atome, quelle est la probabilité de mesurer Eg ? Et celle de mesurer Ee ?
e) Après son passage dans la cavité, l'état de l' atome devient l!/12) = ~ (lg) - le))
si un photon était présent dans la cavité, ou reste 11/1 1 ) sinon. En mesurant l'énergie de l'atome qui sort de la cavité, peut-on savoir si un photon était présent ou
non ?
f) Expliquer comment, en principe, il est possible de construire un appareil de
mesure capable de discriminer entre l!/11) et l!/12).
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deux miroirs se faisant face, situés à 2,7 cm l'un de l'autre.
a) Si l'on injecte de la lumière dans la cavité, elle se retrouve piégée en faisant
des allers-retours entre les deux miroirs. Qu'est ce qui limite le temps pendant
lequel la lumière reste piégée ?
b) Pour que le photon reste piégé dans la cavité, il faut que l'onde associée soit
résonnante avec la cavité, donc que la longueur entre les deux miroirs soit un
multiple entier de sa longueur d'onde. Dans le cas présent, la longueur de la cavité est égale à trois fois la longueur d'onde du photon. Quelle est la fréquence
du photon ? À quel domaine du spectre électromagnétique cela correspond-il ?
c) Dans cette expérience, la lumière reste piégée en moyenne pendant 0, 18 s.
Quelle di stance parcourt la lumière pendant ce temps? Combien effectue-t-elle
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Un atome pour détecter un photon. On considère un atome dont l'électron
possède deux états quantiques possibles, lg) et le), d'énergie respective Eg et Ee
(avec Eg < Ee). On fait passer l'atome à travers la cavité (voir le dessin plus
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d) L'état initial de l'atome est 11/1 1 ) = ~ (lg) +le)). Si on mesure l'énergie de
l'atome, quelle est la probabilité de mesurer Eg ? Et celle de mesurer Ee ?
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si un photon était présent dans la cavité, ou reste 11/1 1 ) sinon. En mesurant l'énergie de l'atome qui sort de la cavité, peut-on savoir si un photon était présent ou
non ?
f) Expliquer comment, en principe, il est possible de construire un appareil de
mesure capable de discriminer entre l!/11) et l!/12).
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