LA DUALITÉ ONDE-PARTICULE DE LA MATIÈRE
de photons reçus. On peut aussi superposer différents clichés à temps de pose égal pour avoir
un nombre croissant de photons. Les observations sont les suivantes :
• Chaque photon donne un point lumineux sur l’image, se comportant donc comme un corpuscule localisé, mais en un point aléatoire.
• Les impacts des photons se répartissent inégalement sur l’écran, dessinant, au fur et à
mesure que le nombre de photons augmente, les franges d’interférences prédites par la
théorie des interférences de deux ondes lumineuses.
La figure 6.7 montre le résultat d’une simulation de figure d’interférences pour un nombre
macroscopique de photons et pour un petit nombre de photons. La simulation est fondée
sur l’hypothèse que la probabilité de recevoir un photon en un point est proportionnelle au
carré de l’amplitude de l’onde lumineuse (calculée par la théorie ondulatoire) en ce point.
L’aspect de la figure simulée est très semblable au résultat de l’expérience réelle. S’il souhaite le vérifier, le lecteur curieux pourra se rendre sur la page http://www.physique.
ens-cachan.fr/old/franges_photon/interference.htm et y télécharger le
film d’une expérience réelle, montrant une figure d’interférences analogue se construisant
photon par photon.
c) Conclusion
La lumière présente un double aspect corpusculaire et ondulatoire, tous les deux perceptibles dans les expériences d’interférences lumineuses avec peu de photons. Les photons
sont détectés de manière aléatoire. La probabilité de détecter un photon en un point est
proportionnelle au carré de l’amplitude de l’onde lumineuse en ce point.
2 La dualité onde-particule de la matière
2.1 La longueur d’onde de de Broglie
a) L’onde « de matière » de de Broglie
On vient de voir le double aspect ondulatoire et corpusculaire de la lumière et plus généralement de tout rayonnement électromagnétique.
L’idée symétrique que les particules de matière (électrons, protons, neutrons...), par définition
de nature corpusculaire, puissent avoir aussi un comportement ondulatoire, a été envisagée
pour la première fois en 1923 par Louis de Broglie. Il postula l’existence pour toute particule d’une onde de matière qui lui est associée et établit sur des arguments théoriques une
expression pour la longueur d’onde λ DB de cette onde :
λ DB =
h
p
,
(6.4)
où p est la quantité de mouvement (ou impulsion) de la particule et h la constante de Planck.
La relation fondamentale précédente est appelée relation de de Broglie et λ DB est appelée
longueur d’onde de de Broglie de la particule.
215
de photons reçus. On peut aussi superposer différents clichés à temps de pose égal pour avoir
un nombre croissant de photons. Les observations sont les suivantes :
• Chaque photon donne un point lumineux sur l’image, se comportant donc comme un corpuscule localisé, mais en un point aléatoire.
• Les impacts des photons se répartissent inégalement sur l’écran, dessinant, au fur et à
mesure que le nombre de photons augmente, les franges d’interférences prédites par la
théorie des interférences de deux ondes lumineuses.
La figure 6.7 montre le résultat d’une simulation de figure d’interférences pour un nombre
macroscopique de photons et pour un petit nombre de photons. La simulation est fondée
sur l’hypothèse que la probabilité de recevoir un photon en un point est proportionnelle au
carré de l’amplitude de l’onde lumineuse (calculée par la théorie ondulatoire) en ce point.
L’aspect de la figure simulée est très semblable au résultat de l’expérience réelle. S’il souhaite le vérifier, le lecteur curieux pourra se rendre sur la page http://www.physique.
ens-cachan.fr/old/franges_photon/interference.htm et y télécharger le
film d’une expérience réelle, montrant une figure d’interférences analogue se construisant
photon par photon.
c) Conclusion
La lumière présente un double aspect corpusculaire et ondulatoire, tous les deux perceptibles dans les expériences d’interférences lumineuses avec peu de photons. Les photons
sont détectés de manière aléatoire. La probabilité de détecter un photon en un point est
proportionnelle au carré de l’amplitude de l’onde lumineuse en ce point.
2 La dualité onde-particule de la matière
2.1 La longueur d’onde de de Broglie
a) L’onde « de matière » de de Broglie
On vient de voir le double aspect ondulatoire et corpusculaire de la lumière et plus généralement de tout rayonnement électromagnétique.
L’idée symétrique que les particules de matière (électrons, protons, neutrons...), par définition
de nature corpusculaire, puissent avoir aussi un comportement ondulatoire, a été envisagée
pour la première fois en 1923 par Louis de Broglie. Il postula l’existence pour toute particule d’une onde de matière qui lui est associée et établit sur des arguments théoriques une
expression pour la longueur d’onde λ DB de cette onde :
λ DB =
h
p
,
(6.4)
où p est la quantité de mouvement (ou impulsion) de la particule et h la constante de Planck.
La relation fondamentale précédente est appelée relation de de Broglie et λ DB est appelée
longueur d’onde de de Broglie de la particule.
215