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Onde-corpuscule
La dualité onde-corpuscule ou onde-particule dit que les rayonnements électromagnétiques, tout comme les particules élémentaires peuvent se comporter à la fois comme des particules ou comme des ondes. Cette théorie qui est une des théories de la mécanique quantique a été créée par Louis Victor de Broglie.
Cette idée remonte au XVIIe siècle, lorsque s'affrontaient les théories de Christian Huygens qui considérait la lumière comme une onde tandis qu'Isaac Newton considérait la lumière comme un flot de particules.
A la suite des travaux d'Albert Einstein et de Louis de Broglie, on admet que tous les objets ont une double nature d'onde et de particules.
La lumière vue comme un déplacement de particules[modifier | modifier le wikicode]
Pour Isaac Newton, la lumière est composée de particules lourdes et très rapides. Au XXe siècle, Albert Einstein proposa le modèle du photon qui transporte une quantité d'énergie appelée quantas. Le photon permet d'expliquer l'effet Compton, qui correspond à une collision entre un photon et un électron, le photon transmet alors son énergie de mouvement à l'électron.
La lumière et ses caractéristiques ondulatoires[modifier | modifier le wikicode]
Pour James Clerk Maxwell, la lumière visible est un cas particulier d'onde électromagnétique ayant une longueur d'onde comprise entre 380 et 780 nm.
L'expérience la plus connue pour mettre en évidence le caractère ondulatoire de la lumière, est l’expérience des fentes de Young. Elle consiste à éclairer un écran percé de deux petites fentes très rapprochées. Les fentes divisent le flot lumineux en deux plus petits flots qui se croisent à un certain endroit ce qui produit sur la plaque photographique une figure d'interférence (alternance de bande blanche et de bande noire). Maintenant si l'on remplace la source de lumière par un canon à électron, on obtient une figure d’interférence assez similaire, mais simplement une alternance de zone claire et de zone plus foncée. Cette expérience ne s'explique que si l'on considère que les objets quantiques ont la double nature d'onde et de particule.
Si on mesure un par un les détections soit de photon (photo-détecteur) ou soit d'électron les figures sont similaires avec des détections au hasard complet des particules une par une, qui peu à peu forment les figures d'interférence comme sur cette figure.
Cette dualité est donc que chaque particule est mesurée en position avec un hasard statistique, qui peu à peu révèle une disposition statistique d'interférences typique d'ondes.
On a donc à la fois des ondes, et des particules détectées au hasard qui est déterminé par ces ondes avec une probabilité proportionnelle au carré de l'amplitude de l'onde.
Une onde délocalisée avec évolution déterministe qui détermine le hasard de détection comme particule est le grand mystère de la mécanique quantique, très différent de nos habitudes macroscopiques.
Schéma de l'expérience
Figure d’interférence obtenue avec des ondes
Résultat de l'expérience avec des particules
L'apport de De Broglie[modifier | modifier le wikicode]
En 1924, Louis de Broglie propose de généraliser la dualité onde-particule alors admise pour la lumière à tous les objets microscopiques (électrons, protons, ...). Son hypothèse sera confirmée trois ans plus tard avec l'observation d'interférences entre ondes d'électrons qui ont permis de développer le microscope électronique bien plus puissant que le microscope optique pour observer directement les atomes, les virus et les molécules. .
La relation de De Broglie dit que pour chaque particule en mouvement est associée une onde avec une longueur d'onde qui est liée à la quantité de mouvement par la relation : , où p est la quantité de mouvement, h est la constante de Planck et λ est la longueur d'onde.
Pour les électrons de forte impulsion cette longueur d'onde peut être très courte, beaucoup plus petite que en optique lumineuse et donc si proche de la taille d'un atome elle permet de voir directement les atomes.
La constante de Planck étant très petite, le comportement ondulatoire des objets du quotidien est insignifiant. On ne verra jamais une tasse à café se déplacer sous forme d'onde.
Sources[modifier | modifier le wikicode]
- http://www.web-sciences.com/documents/terminale/tedo18/teco18.php
- http://www.astronomes.com/le-big-bang/dualite-onde-particule/
- https://www.kartable.fr/terminale-s/physique-chimie/specifique/chapitres-33/la-dualite-onde-particule-5/cours/la-dualite-onde-particule-5/22790
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