LA DUALITÉ ONDE-PARTICULE DE LA MATIÈRE
2.2 Expériences d’interférences de particules
La théorie de de Broglie est illustrée de manière marquante par des expériences d’interférences de particules réalisées au cours des trois dernières décennies.
a) Interférences d’électrons
La figure 6.9 montre le résultat d’une expérience d’interférences d’électrons réalisée en 1989
par les chercheurs japonais A. Tonomura, J. Endo, T. Matsuda, T. Kawasaki et H. Ezawa.
Il s’agit d’une expérience analogue à l’expérience des fentes de Young. Les électrons, après
leurs passage à travers les « fentes », tombent sur un film fluorescent jouant le rôle d’« écran ».
Chaque électron arrivant sur le film provoque l’émission d’environ 500 photons, collectés par
un dispositif d’imagerie. Sur le document présenté sur la figure 6.9 chaque point lumineux
témoigne de l’arrivée d’un électron.
Dans cette expérience les électrons arrivent un à un sur le détecteur. En effet, le flux d’électrons à travers l’appareil est maintenu à une valeur très faible, de l’ordre de 10 3 électrons par
seconde soit un électron toutes les 10 −3 s. Ces électrons ont une énergie cinétique moyenne de
50 keV, donc une vitesse (relativiste) de 1,25.10 8 m·s −1 . Ainsi la distance entre deux électrons consécutifs serait de l’ordre de 1,25.10 8 × 1.10 −3 = 1,25.10 5 m = 125 km soit bien
plus que la taille de l’appareil. Il y a donc un seul électron à la fois dans l’appareil.
Figure 6.9 – Construction progressive d’un figure d’interférences d’électrons. Chaque
point lumineux correspond à l’arrivée d’un électron. Nombres d’électrons respectifs sur
les images (b), (c), (d) et (e) : 100, 3000, 20000 et 70000.
L’observation du document de la figure 6.9 appelle les remarques suivantes :
• Les électrons ne se comportent pas comme on s’y attendrait d’après les lois de la mécanique classique. La mécanique classique (c’est-à-dire non quantique) est déterministe :
pour des conditions initiales données (position et vitesse initiale de l’électron) on trouve
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2.2 Expériences d’interférences de particules
La théorie de de Broglie est illustrée de manière marquante par des expériences d’interférences de particules réalisées au cours des trois dernières décennies.
a) Interférences d’électrons
La figure 6.9 montre le résultat d’une expérience d’interférences d’électrons réalisée en 1989
par les chercheurs japonais A. Tonomura, J. Endo, T. Matsuda, T. Kawasaki et H. Ezawa.
Il s’agit d’une expérience analogue à l’expérience des fentes de Young. Les électrons, après
leurs passage à travers les « fentes », tombent sur un film fluorescent jouant le rôle d’« écran ».
Chaque électron arrivant sur le film provoque l’émission d’environ 500 photons, collectés par
un dispositif d’imagerie. Sur le document présenté sur la figure 6.9 chaque point lumineux
témoigne de l’arrivée d’un électron.
Dans cette expérience les électrons arrivent un à un sur le détecteur. En effet, le flux d’électrons à travers l’appareil est maintenu à une valeur très faible, de l’ordre de 10 3 électrons par
seconde soit un électron toutes les 10 −3 s. Ces électrons ont une énergie cinétique moyenne de
50 keV, donc une vitesse (relativiste) de 1,25.10 8 m·s −1 . Ainsi la distance entre deux électrons consécutifs serait de l’ordre de 1,25.10 8 × 1.10 −3 = 1,25.10 5 m = 125 km soit bien
plus que la taille de l’appareil. Il y a donc un seul électron à la fois dans l’appareil.
Figure 6.9 – Construction progressive d’un figure d’interférences d’électrons. Chaque
point lumineux correspond à l’arrivée d’un électron. Nombres d’électrons respectifs sur
les images (b), (c), (d) et (e) : 100, 3000, 20000 et 70000.
L’observation du document de la figure 6.9 appelle les remarques suivantes :
• Les électrons ne se comportent pas comme on s’y attendrait d’après les lois de la mécanique classique. La mécanique classique (c’est-à-dire non quantique) est déterministe :
pour des conditions initiales données (position et vitesse initiale de l’électron) on trouve
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