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Physique quantique : Fondements
1.4 Ondes et particules : interférences
1.4.1 Hypothèse de de Broglie
Partons de la relation (1.19) E = ω pour n =1reliant l’énergie et la
fréquence d’un photon, aussi appelée relation de Planck-Einstein. Un photon
possède une impulsion
p =
E
c
=
ω
c
mais compte tenu de ω = ck et de ce que l’impulsion et le vecteur d’onde sont
parallèles et de même sens, on aboutit à la relation vectorielle suivante entre
impulsion
p et vecteur d’onde k
p = k
(1.25)
Cette équation se traduit aussi par une relation (cette fois scalaire) entre
l’impulsion et la longueur d’onde λ,l alongueur d’onde de de Broglie
p =
h
λ
(1.26)
L’hypothèse de de Broglie est que les relations (1.25) et (1.26) sont valables
pour toutes les particules. Selon cette hypothèse, une particule d’impulsion
p possède des propriétés ondulatoires caractéristiques d’une longueur d’onde
λ = h/p.S iv ≪ c, on utilisera
p = mm v, et sinon la formule générale (1.7),
sauf bien sûr pour m =0,oùp = E/c. Si cette hypothèse est correcte, on doit
pouvoir observer avec des particules des propriétés caractéristiques des ondes
comme les interférences et la diffraction.
1.4.2 Diffraction et interférences avec des
neutrons froids
Depuis les années 1980, les techniques expérimentales modernes permettent de vérifier les propriétés d’interférences et de diffraction de particules
dans des expériences dont le principe est simple et dont l’interprétation est
directe. Ces expériences ont été réalisées avec des photons, des électrons, des
atomes, des molécules et des neutrons. Nous avons choisi, un peu arbitrairement, d’exposer les expériences réalisées avec des neutrons, qui nous ont
semblé particulièrement élégantes et éclairantes. Les expériences de diffraction de neutrons par des cristaux sont classiques depuis plus de cinquante ans
(exercice 1.6.4), mais l’idée est ici de réaliser des expériences avec des dispositifs macroscopiques, des fentes visibles à l’oeil nu, et non d’utiliser un réseau
dont le pas est de quelques fractions de nm.
Les expériences ont été réalisées dans les années 1980 par un groupe d’Innsbruck auprès du réacteur nucléaire de recherche de l’Institut Laue-Langevin
Physique quantique : Fondements
1.4 Ondes et particules : interférences
1.4.1 Hypothèse de de Broglie
Partons de la relation (1.19) E = ω pour n =1reliant l’énergie et la
fréquence d’un photon, aussi appelée relation de Planck-Einstein. Un photon
possède une impulsion
p =
E
c
=
ω
c
mais compte tenu de ω = ck et de ce que l’impulsion et le vecteur d’onde sont
parallèles et de même sens, on aboutit à la relation vectorielle suivante entre
impulsion
p et vecteur d’onde k
p = k
(1.25)
Cette équation se traduit aussi par une relation (cette fois scalaire) entre
l’impulsion et la longueur d’onde λ,l alongueur d’onde de de Broglie
p =
h
λ
(1.26)
L’hypothèse de de Broglie est que les relations (1.25) et (1.26) sont valables
pour toutes les particules. Selon cette hypothèse, une particule d’impulsion
p possède des propriétés ondulatoires caractéristiques d’une longueur d’onde
λ = h/p.S iv ≪ c, on utilisera
p = mm v, et sinon la formule générale (1.7),
sauf bien sûr pour m =0,oùp = E/c. Si cette hypothèse est correcte, on doit
pouvoir observer avec des particules des propriétés caractéristiques des ondes
comme les interférences et la diffraction.
1.4.2 Diffraction et interférences avec des
neutrons froids
Depuis les années 1980, les techniques expérimentales modernes permettent de vérifier les propriétés d’interférences et de diffraction de particules
dans des expériences dont le principe est simple et dont l’interprétation est
directe. Ces expériences ont été réalisées avec des photons, des électrons, des
atomes, des molécules et des neutrons. Nous avons choisi, un peu arbitrairement, d’exposer les expériences réalisées avec des neutrons, qui nous ont
semblé particulièrement élégantes et éclairantes. Les expériences de diffraction de neutrons par des cristaux sont classiques depuis plus de cinquante ans
(exercice 1.6.4), mais l’idée est ici de réaliser des expériences avec des dispositifs macroscopiques, des fentes visibles à l’oeil nu, et non d’utiliser un réseau
dont le pas est de quelques fractions de nm.
Les expériences ont été réalisées dans les années 1980 par un groupe d’Innsbruck auprès du réacteur nucléaire de recherche de l’Institut Laue-Langevin