CHAPITRE 6 – INTRODUCTION AU MONDE QUANTIQUE
He
F
F 1
F 2
L
L
détecteur
Figure 6.10 – Expérience
d’interférences d’atomes d’hélium. O.
Carnal, J. Mlynek Phys. Rev. Lett.,
1991.
50
10μm
nombre
atomes
position du
détecteur
Figure 6.11 – Nombres
d’atomes détectés durant 10
minutes en fonction de la
position du détecteur.
une trajectoire bien définie 1 . Dans ce cas on devrait avoir en théorie un point d’impact sur
l’écran et en pratique des points regroupés. Au lieu de cela, on observe, notamment sur la
photo (b), une répartition aléatoire des points d’impacts. Ainsi : chaque électron est détecté
en un point aléatoire.
• De la photographie b à la photographie e, au fur et à mesure que le nombre d’électrons
détectés croît, apparaît une modulation régulière du nombre d’impacts enregistrés. Des
franges d’interférences tout à fait analogues à celles que l’on obtient avec des photons se
dessinent peu à peu.
b) Interférences d’atomes
En 1991, O. Carnal et J. Mlynek ont réalisé une véritable expérience de fentes de Young avec
des atomes d’hélium. La très grande difficulté de cette expérience tient, entre autres, à la très
faible valeur de la longueur d’onde de de Broglie, qui dans ce cas vaut λ DB = 0,103 nm. Les
fentes de Young ont une largeur de s 2 = 1 μm et leurs centres sont séparés de a = 8 μm. Dans
le cas d’une expérience d’interférences lumineuses, la longueur d’onde est 10 3 à 10 4 fois plus
grande et l’écartement des fentes 10 3 fois plus grand. Les dimensions de l’expérience sont
adaptées à la longueur d’onde mise en jeu.
Le schéma de l’expérience est représenté sur la figure 6.10 : le faisceau d’atomes d’hélium
est diffracté par la fente F de largeur s 1 = 2 μm, puis par les fentes F 1 et F 2 placées à distance
L = 64 cm de la première fente. On détecte les atomes d’hélium dans le plan situé à distance
L = 64 cm des fentes, avec un détecteur de 2 μm de largeur, dans la zone de recouvrement
des faisceaux issus de F 1 et F 2 .
Les atomes d’hélium ont, comme les électrons de l’expérience précédente, un comportement
quantique : un atome donné a une certaine probabilité d’être vu par le détecteur. Le résultat du
comptage d’atomes par le détecteur est donc aléatoire et il ne traduit cette loi de probabilité
que si un nombre suffisamment grand d’atomes est passé par le dispositif.
Le nombre d’atomes détectés durant 10 minutes est représenté en fonction de la position du
1. Ceci est encore vrai en mécanique relativiste.
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He
F
F 1
F 2
L
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détecteur
Figure 6.10 – Expérience
d’interférences d’atomes d’hélium. O.
Carnal, J. Mlynek Phys. Rev. Lett.,
1991.
50
10μm
nombre
atomes
position du
détecteur
Figure 6.11 – Nombres
d’atomes détectés durant 10
minutes en fonction de la
position du détecteur.
une trajectoire bien définie 1 . Dans ce cas on devrait avoir en théorie un point d’impact sur
l’écran et en pratique des points regroupés. Au lieu de cela, on observe, notamment sur la
photo (b), une répartition aléatoire des points d’impacts. Ainsi : chaque électron est détecté
en un point aléatoire.
• De la photographie b à la photographie e, au fur et à mesure que le nombre d’électrons
détectés croît, apparaît une modulation régulière du nombre d’impacts enregistrés. Des
franges d’interférences tout à fait analogues à celles que l’on obtient avec des photons se
dessinent peu à peu.
b) Interférences d’atomes
En 1991, O. Carnal et J. Mlynek ont réalisé une véritable expérience de fentes de Young avec
des atomes d’hélium. La très grande difficulté de cette expérience tient, entre autres, à la très
faible valeur de la longueur d’onde de de Broglie, qui dans ce cas vaut λ DB = 0,103 nm. Les
fentes de Young ont une largeur de s 2 = 1 μm et leurs centres sont séparés de a = 8 μm. Dans
le cas d’une expérience d’interférences lumineuses, la longueur d’onde est 10 3 à 10 4 fois plus
grande et l’écartement des fentes 10 3 fois plus grand. Les dimensions de l’expérience sont
adaptées à la longueur d’onde mise en jeu.
Le schéma de l’expérience est représenté sur la figure 6.10 : le faisceau d’atomes d’hélium
est diffracté par la fente F de largeur s 1 = 2 μm, puis par les fentes F 1 et F 2 placées à distance
L = 64 cm de la première fente. On détecte les atomes d’hélium dans le plan situé à distance
L = 64 cm des fentes, avec un détecteur de 2 μm de largeur, dans la zone de recouvrement
des faisceaux issus de F 1 et F 2 .
Les atomes d’hélium ont, comme les électrons de l’expérience précédente, un comportement
quantique : un atome donné a une certaine probabilité d’être vu par le détecteur. Le résultat du
comptage d’atomes par le détecteur est donc aléatoire et il ne traduit cette loi de probabilité
que si un nombre suffisamment grand d’atomes est passé par le dispositif.
Le nombre d’atomes détectés durant 10 minutes est représenté en fonction de la position du
1. Ceci est encore vrai en mécanique relativiste.
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