CHAPITRE 6 – INTRODUCTION AU MONDE QUANTIQUE
1.4 Une expérience avec des photons uniques
a) La lame semi-réfléchissante
Définition La lame semi-réfléchissante est un dispositif optique qui divise un faisceau lumineux incident en un faisceau lumineux réfléchi et un faisceau lumineux transmis d’égales
puissances.
lame semiréfléchissante
onde
onde
onde
incidente
réfléchie
transmise
Figure 6.3 – Lame semi-réflechissante
dans une vision ondulatoire.
Interprétation ondulatoire Dans une vision ondulatoire de la lumière, l’onde incidente donne
deux ondes : une onde réfléchie et une onde transmise (voir figure 6.3). La puissance transportée par
chacune de ces deux ondes est égale à la moitié de
la puissance transportée par l’onde incidente :
P transmise = P réfléchie =
1
2
P incidente .
Or on a vu que la puissance P transportée par
l’onde lumineuse est proportionnelle au carré de
son amplitude A :
P = KA
2
où K est une constante. Les amplitudes des ondes transmise et réfléchie, A réfléchie et A transmise
sont donc reliées à l’amplitude A incidente de l’onde incidente par :
A transmise = A réfléchie =
1
√
2
A incidente .
lame semiréfléchissante
photons
photons
photons
incidents
réfléchis
transmis
Figure 6.4 – Lame semi-réflechissante
dans une vision corpusculaire.
Interprétation corpusculaire Dans l’image où la
lumière est constituée photons indivisibles, la division du faisceau incident en deux faisceaux s’interprète ainsi : chaque photon peut être soit transmis,
il traverse la lame, soit réfléchi, il « rebondit » sur
la lame (voir figure 6.4).
Il y a autant de photons transmis que de photons
réfléchis puisque les deux faisceaux ont la même
puissance.
On a besoin des deux interprétations, ondulatoire et corpusculaire, pour comprendre les expériences : elles sont complémentaires. La mécanique quantique permet d’unifier les deux points de vue.
b) Une preuve du comportement corpusculaire de la lumière
On ne peut plus considérer à l’heure actuelle que l’effet photoélectrique et l’effet Compton
prouvent le caractère corpusculaire de la lumière car il est possible de les interpréter de ma212
1.4 Une expérience avec des photons uniques
a) La lame semi-réfléchissante
Définition La lame semi-réfléchissante est un dispositif optique qui divise un faisceau lumineux incident en un faisceau lumineux réfléchi et un faisceau lumineux transmis d’égales
puissances.
lame semiréfléchissante
onde
onde
onde
incidente
réfléchie
transmise
Figure 6.3 – Lame semi-réflechissante
dans une vision ondulatoire.
Interprétation ondulatoire Dans une vision ondulatoire de la lumière, l’onde incidente donne
deux ondes : une onde réfléchie et une onde transmise (voir figure 6.3). La puissance transportée par
chacune de ces deux ondes est égale à la moitié de
la puissance transportée par l’onde incidente :
P transmise = P réfléchie =
1
2
P incidente .
Or on a vu que la puissance P transportée par
l’onde lumineuse est proportionnelle au carré de
son amplitude A :
P = KA
2
où K est une constante. Les amplitudes des ondes transmise et réfléchie, A réfléchie et A transmise
sont donc reliées à l’amplitude A incidente de l’onde incidente par :
A transmise = A réfléchie =
1
√
2
A incidente .
lame semiréfléchissante
photons
photons
photons
incidents
réfléchis
transmis
Figure 6.4 – Lame semi-réflechissante
dans une vision corpusculaire.
Interprétation corpusculaire Dans l’image où la
lumière est constituée photons indivisibles, la division du faisceau incident en deux faisceaux s’interprète ainsi : chaque photon peut être soit transmis,
il traverse la lame, soit réfléchi, il « rebondit » sur
la lame (voir figure 6.4).
Il y a autant de photons transmis que de photons
réfléchis puisque les deux faisceaux ont la même
puissance.
On a besoin des deux interprétations, ondulatoire et corpusculaire, pour comprendre les expériences : elles sont complémentaires. La mécanique quantique permet d’unifier les deux points de vue.
b) Une preuve du comportement corpusculaire de la lumière
On ne peut plus considérer à l’heure actuelle que l’effet photoélectrique et l’effet Compton
prouvent le caractère corpusculaire de la lumière car il est possible de les interpréter de ma212