Chapitre 20 DUALITE ONDE-PARTICULE 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 – 34 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= = h λ 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. 1/1 12-TS-Co-Chap20 Dualité onde particule.doc