Dualité onde particule

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Chapitre 20
A) ONDE ELECTROMAGNETIQUE ET PHOTON
1) Insuffisance du modèle ondulatoire
Pour interpréter les phénomènes d’interférence (chapitre 03), les scientifiques considèrent que
la lumière est une onde électromagnétique (modèle ondulatoire).
Mais la découverte de l’effet photoélectrique va remettre en cause cette théorie (voir activité
documentaire COMMENT DECRIRE LA LUMIERE ?).
2) Le modèle particulaire : le photon
En 1905, Albert Einstein donne une interprétation satisfaisante de l’effet photoélectrique : un
rayonnement est constitué de particules transportant des quanta d’énergie : les photons.
L’énergie E d’un photon est quantifiée
et a pour expression E = hν = hc/λ
h : constante de Planck, h = 6,626 x 10
–
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J.s
ν : fréquence de la radiation en Hertz (Hz)
E : Energie du photon en Joule (J)
B) ONDES DE MATIERE
1) Relation de de Booglie
En 1923, Louis de Broglie émet l’hypothèse que l’on peut associer une onde à des particules
matérielles comme les électrons de quantité de mouvement p telle que :
p = λ =h h : constante de Planck, h = 6,626 x 10
–
34
J.s
λ : longueur d’onde de la radiation en mètre (m)
p : quantité de mouvement en J.s.m
– 1
.
2) Application Le microscope électronique
Ce microscope utilise des ondes de matière (les électrons) à la place d’ondes lumineuses.
La longueur d’onde λ de l’onde de matière (calculée d’après la loi de de Broglie) est beaucoup
plus petite que celle d’un photon de lumière visible. Le microscope électronique permet
d’observer des objets beaucoup plus petits que ceux observables au microscope optique.
C) DUALITE ONDE-PARTICULE : voir activité LA DUALITE ONDE-PARTICULE
Lorsqu’on envoie des
photons
,
un après l’autre
, à travers un
dispositif interférentiel, On peut observer, à la sortie de ce
dispositif, et au bout d’un temps t assez élevé, des figures
caractéristiques de franges d’interférences (Figure 1).
Figure 1
Ces franges s’interprètent comme une alternance de zones où un photon a une probabilité de
présence minimale (zones sombres) ou maximale (zones lumineuses).
La même expérience réalisée avec des électrons conduit aux mêmes observations.
Le photon, comme l’électron sont des objets quantiques.
• Un objet quantique ou quanton présente simultanément les aspects particulaire et ondulatoire
• Les prévisions sur le comportement d’un objet quantique ne peuvent être que du type
probabiliste.
DUALITE ONDE-PARTICULE