L 11 : Dualité onde

Dualité onde-particule
Photon et onde lumineuse
e
 Christian Huygens (17 ) et James Clark Maxwell sont partisans du modèle ondulatoire.
Les phénomènes de diffraction ou d’interférences sont des manifestations du comportement ondulatoire de la
lumière.
e
 Isaac Newton (17 ) pense que la lumière est composée de petites particules massiques et rapides. Albert
Einstein (20e ) propose le modèle du photon.
 Les manifestations de la lumière présentent donc une dualité onde-particule selon le contexte expérimental.
Cependant, les photons ne sont ni des ondes ni des particules. Il s’agit d’objets quantiques appelés quantons.
Relation de De Broglie
 Le physicien français Louis de Broglie postule en 1923 l’extension de la dualité onde-particule à la matière.
A toute particule de quantité de mouvement p est associée une « onde de matière » de longueur d’onde λ telle
que :
λ=
avec p en kg.m.s-1 et λ en m où h est la constante de Planck h = 6,63.10-34 J.s
 Cette hypothèse est confirmée en 1927 par l’observation du phénomène de diffraction pour des électrons, en
présence d’un obstacle ou d’une ouverture. Quelques années plus tard, le phénomène d’interférences
d’électrons est observé, validant ainsi complètement l’hypothèse de De Broglie.
 Le comportement ondulatoire des objets microscopiques est significatif lorsque la dimension a de l’obstacle ou
de l’ouverture est du même ordre de grandeur que la longueur d’onde de matière λ.
 Une onde est peu affectée par la rencontre d’objets de dimension très inférieure à sa longueur d’onde.
Aspect probabiliste de la physique quantique
Il y a une différence entre :
 Le comportement microscopique (d’un unique quanton) qui est probabiliste : il ne peut pas être déterminé
de façon certaine.
 Le comportement macroscopique (de très nombreux quantons) qui est parfaitement déterminé dans le
cadre de la loi des grands nombres.
(selon laquelle le comportement aléatoire de N particules ne dépend pas de N pour peu que N soit assez
grand).
 Interférences quanton par quanton
L’aspect probabiliste des phénomènes quantiques signifie qu’on ne peut pas prévoir la position précise d’une
particule, mais seulement sa probabilité de présence en un lieu donné.