Centres colorés du diamant : source “pratique” de photon unique

Centres colorés du diamant : source
“pratique” de photon unique
Nanosciences au cœur
des technologies
convergentes
Vincent Jacques, E Wu, Frédéric Grosshans,
François Treussart et Jean-François Roch
Laboratoire de Photonique Quantique et Moléculaire,
Ecole Normale Supérieure de Cachan
[email protected]
Merci à Philippe Grangier et Alain Aspect
(Laboratoire Charles Fabry, Institut d’Optique)

Début XXe siècle: le photon
particule de lumière
•!Einstein (1905). Lumière constituée de
quantas, grains élémentaires d’énergie
baptisés « photons » en 1922.
• Comment réconcilier le modèle corpusculaire avec les
phénomènes ondulatoires de di"raction et d’interférence ?
E=hν
• De Broglie (1925) : dualité onde-corpuscule
La lumière est à la fois une onde (capable
d’interférer, d’être diffractée) et un
ensemble de particules possédant une
énergie, une quantité de mouvement…
…et de même, les particules comme les
électrons se comportent aussi comme des
ondes : diffraction, interférences.

Comment se représenter cette dualité ?
comportement ondulatoire des particules
3
S
Particules émise une par
une, toutes “dans le même
état” : émission à partir
d’un même point source,
direction aléatoire, énergie
déterminée
trous d’Young
T1
D
PD
probabilit´e
de d´etection
PD
T2
quand on d´eplace le d´etecteur
PD
est modul´ee
si un des deux trous est ferm´e
pas de modulation →PDconstant
Interprétation: chaque particule est décrite par une onde qui
passe par les deux trous et se recombine sur le détecteur
PDd´epend de la diff´erence des chemins ∆= ST1D−ST2D
T2

4
Interprétation: une particule unique passe soit à travers le
trou T1, soit à travers le trou T2, pas les deux à la fois.
Image classique : une particule unique ne se divise pas.
détection en
coïncidence
Particules émise
une par une,
toutes “dans le même état”
S
T1
T2
D1
D2
détection simple
P1
détection simple
P2
PC
D1et D2d´eclench´es al´eatoirement
taux moyen constant
mais pas de coincidences :
PC= 0
→anti −corr´elation
Comment se représenter cette dualité ?
comportement corpusculaire

Test du comportement corpusculaire ?
Caractère corpusculaire considéré comme «évident»
pour électrons, neutrons, atomes, molécules :
observation d’e"ets ondulatoires
Lumière très atténuée telle que distance moyenne
entre photons grande devant dimension de
l’appareil : observation d’e!ets ondulatoires en
lumière très atténuée
Expérience de
Taylor (1909)
fente
épingle
figure de di!raction
film
Proceedings of the Cambridge
Philosophical Society,
15, 114-115 (1909).